Brevet FR2713733A1 — publié le 19950616

La présente invention concerne un variateur de vitesse mécanique capable d'inverser, d'augmenter ou de diminuer la vitesse de rotation d'un arbre moteur. Les variateurs de vitesse mécaniques sont généralement limités quant à leur rapport de variation dépassant rarement 6 ou 8. Ces variateurs sont pour la plupart soit des réducteurs progressifs ou l'inverse mais ils possèdent difficilement les deux fonctions. Le variateur de vitesse objet de la présente invention permet de très grands rapports de réduction et d'augmentation de vitesse avec en plus la possibilité d'inverser le sens de rotation tout en gardant les mêmes possibilites ceci en déplaçant une seule manette selon un U. Ces performances sont réalisables grace aux particularités d'un ensemble de poulies à diamètre variable réparties sur cinq axes d'entrainement. La figure 1 représente en coupe dans le plan des axes, la répartition de ces poulies particulières. Une cloison intermédiaire (31) dans le carter (13) sépare la partie inverseur (9) de la partie variateur (10) et sert évidemment de support aux différents axes. La figure 2 représente la même coupe mais dans une autre configuration de la répartition des poulies ce qui correspond pour l'inversew(9) à un sens de rotation inverse et pour le variateur(10) à un rapport maximum de réduction. La figure 3 représente une vue de face d'une demi-poulie laquelle est constituée de deux flasques en tôle emboutie. La flasque intérieure (14) est conique suivant un angle correspondant aux flans des courroies (20) trapézotdales utilisées. Sa partie centrale est découpée en sectews réguliers (15) de telle sorte que deux flasques intérieures (14) puissent s'interpénétrer comme le montrent les figures 6 et 7. La figure 5 montre la deuxième flasque (16) constituant une demi-poulie. Elle est plate et se trouve donc sur la face extérieure. Une découpe hexagonale (18) correspondant à la section de l'arbre d'entrainement (33) sur lequel elle est placée, et lui permet d'être en prise avec celui-ci. Un tube hexagonale (30) soudé sur cette flasque (16) assure sa fixation sur l'axe si cette demi-poulie est fixe et son coulissement si celle-ci est mobile. Les figures 6, 7, 8 montrent les patins de guidage (19) fixés sur le chariot de l'inverseur ou du variateur lesquels assurent le coulissement de ces demi-poulies provoquant l'écartement ou le resserrement des poulies. Les figures 6 et 7 permettent de comprendre comment le resserrement de la flasque coulissante (16) transforme le diamètre de la gorge constituée à rintersection des deux demi-poulies. C'est cette particularité qui lui confère son potentiel de variation suivant de grand rapport. En effet sur la figure 5 et 8 on distingue les découpes (17) dans la flasque extérieure (16) qui permettent aux pointes des secteurs découpes (15) de la flasque conique (14) de ressortir et de dépasser le niveau de la flasque plate extérieure (16) dans le cas de resserrement maximum de poulies à grande variation de diamètre. La figure 9 montre le disque d'engrenage (6) fixe sur l'axe d'entrée motew (1) et le disque d'engrenage de l'inverseur (7) en prise avec le premier donc tournant en sens inverse. L'axe (3) sera donc entraîné soit par la poulie de l'arbre moteur (1) soit par la poulie de l'arbre (2) tournant en sens inverse. On voit sur la figure 1 et 2 que le passage d'un sens de rotation à l'autre se fait par le déplacement des demi-poulies coulissantes (29) guides par les patins (19) ou bien par des tiges venant enserrer la gorge d'une bague fixée sur la flasque extérieure (16) de ces demi-poulies coulissantes (29). Ces patins ou ces tiges appartiennent au chariot (21) inverseur. C'est donc le resserrement de la poulie de l'arbre 1 ou 2 et de sa correspondante sur l'arbre 3 qui fera que celui-ci tournera dans ou sens ou dans l'autre. On remarquera que le resserrement de la poulie de rarbre 1 est conjugué avec le desserrement de la poulie de l'arbre 2. En position intermédiaire le resserrement étant insuffisant, la courroie détendue est soutenue par des supports (22) fixe au chariot (21) afin d'éviter une usure due à un frottement inutile sur les poulies. La figure 10 montre donc le chariot (21) inverseur avec ses patins de guidage (19) des demi-poulies coulissantes (29) et un des supports de courroies (22). La figure 11 présente deux poulies du variateur avec la courroie(20) et son tendeur(27) lequel a une fonction réduite puisqu'elle perd sur une poulies ce qu'elle gagne sur l'autre. La figure 12 présente le système de commande de déplacement des deux chariots (21) On a vu que chaque poulie était constituée d'une moitié fixe (28) et d'une moitié coulissante (29). Le déplacement de celle-ci est assuré par des patins de guidage (19) ou des tiges enserrant une bague guide, fixés au chariot (21). Il suffit donc de déplacer les chariots pour resserrer ou desserrer les poulies c'est-à-dire faire varier le diamètre des gorges. Le choix judicieux de la position des demi-poulies fixes (28) permet de conjuguer la réduction du diamètre de la gorge de la poulie de l'arbre menant avec l'augmentation du diamètre de la gorge de la poulie de l'arbre mené pour obtenir une réduction de la vitesse et inversement pour obtenir une augmentation. Le déplacement conjugué de la demi-poulie gauche d'un arbre avec celui de la demi-poulie droite de l'autre permet de conserver l'alignement de la courroie au fond des gorges, de maintenir une tension de courroie presque constante puisque ce que ron perd d'un côté ou le regagne de l'autre et enfin d'amplifier le rapport de variation puisque non seulement on a augmentation du diamètre d'un coté, mais on a diminution de l'autre. Cette figure 12 montre donc comment la manette de commande (23) déplace le chariot inverseur en agissant sur son bras de commande (24) en équerre. II suffit de pousser cette manette à gauche ou à droite sur la base du U de commande pour passer d'un sens de rotation à un autre à partir d'une position centrale neutre débrayée pow laquelle aucune des deux courroies de l'inverseur n'est tendue dans cette position. Une encoche latérale (25) sur le chariot variateur permet le dêbaflement de la manette (23) Ensuite une fois en position marche avant ou marche arrière, il suffit de pousser sur l'avant pour déplacer le chariot variateur qui resserrera les poulies A et C et desserrera les poulies B et D, ce qui produira une augmentation de la vitesse de rarbre de sortie (5). En effet on commence par la position réduction de vitesse correspondant à un petit diamètre de la poulie A sur l'arbre 3 entraînant la poulie B de grand diamètre sur l'arbre intermédiaire et sur lequel est fixée la poulie C de petit diamètre qui entraîne la poulie D en grand diamètre. II y a donc deux niveaux de réduction. Le rapport neutre correspond à une position intermédiaire ou toutes les poulies du variateur ont le même diamètre donc de rapport 1 ce qui fait que l'on retrouve sur l'arbre de sortie (5) la même vitesse de rotation que sur l'arbre d'entrée (1). Ensuite si l'on pousse encore sur la manette de commande (23) on retrouve deux niveaux d'augmentation de vitesse du fait des deux passages d'axe (3 à 4 et 4 à 5). Une encoche (26) sur le bras de commande (24) du chariot inverseur permet le déplacement de la manette sans modifier sa position du bras. Ainsi ce système offre à partir d'une unique manette de commande une fonction inversion du sens de rotation, une fonction réduction de vitesse et une fonction augmentation de vitesse. A titre d'exemple chiffré avec des poulies de rapport 4, c'est à dire, offrant un diamètre de gorge en position resserrée 4 fois celui de la position desserrée, la variation de vitesse possible est la suivante : pour 400 tr/mn sur l'arbre d'entr8e(l) donc 400 tr/mn sur l'arbre 3, si les poulies de l'inverseur sont de rapport 1 entre elles; en réduction, nous aurons ainsi:100 tr/mn sur l'arbre 4 et, 25 tr/mn sur l'arbre 5. En augmentation nous aurons:1600 tr/mn sur l'arbre 4 et, 6400 tr/mn sur l'arbre 5. Cela représente un rapport de variation de 256 et ceci dans les deux sens de rotation. II est bien évident qu'en fonction des applications et des plages de vitesses souhaitées en entrée ou en sortie, il est possible de jouer sur les diamètres des poulies des arbres 1 et 2, par rapport aux poulies de l'arbre 3 pour bénéficier globalement en plus dun rapport supplémentaire, mais fixe, qui peut d'ailleurs être différent en marche avant ou en marche arrière. Ce variateur de vitesse avec inverseur est destiné à remplacer avantageusement les autres types de variateurs mécaniques à courroies ou même des variateurs électroniques dans des domaines comme la machine outil, la motoculture, I'imprimerie, les petits engins de travaux publics, les voitures sans permis, le treuillage de petite puissance, etc. REVENDICATIONS 1) Dispositif de variation de vitesse mécanique caractérisé par le fait qu'il est composé d'une partie inverseur de sens de rotation (9) et d'une partie variateur de vitesse (10) comportant cinq axes sur lesquels sont réparties des poulies à rapport variable, commandées par une manette unique (23). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'inverseur du sens de rotation est constitué de trois axes : le premier est raxe d'entrée(1) solidaire du moteur, il comporte un disque d'engrenage(6) et une poulie à rapport variable(11); le deuxième est l'axe de rotation inverse(2) puisqu'il est entraîné par le deuxième disque d'engrenage(7) en prise avec le premier(6); ce deuxième axe(2) comporte lui aussi une poulie variable; enfin le troisième axe(3) comporte deux poulies variables. C'est ce troisième axe qui entraîne la première poulie(A) de la partie variateur(10). 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérise par le fait que les poulies à diamètre variable, sont réparties de manière à ce que le desserrement de la poulie de l'axe 1 et de sa correspondante su l'axe 3 soit conjugué avec le resserrement de la poulie de l'axe 2 et de sa correspondante su raxe 3. Cela sous-entend que les demi-poulies coulissantes(29) sont alignées et que les demi-poulies fixes(28) sur leur axe, sont installées d'un même côté pour I' axel et 3 et de l'autre pou l'axe 2 et 3. 4) Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que le desserrement ou le resserrement de ces poulies à rapport variable est provoqué par le déplacement d'un chariot(21) comportant soit des patins de guidage(19) enserrant h périphérie des demi-poulies coulissantes(29) ou bien deux tiges enserrant la gorge d'une bague rapportée sur leur flasque extérieure(16) près de l'axe. 5) Dispositif selon les revendications 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que ces poulies à diamètre variable, destinées à mettre en prise par tension de la courroie(20) reliant les poulies des arbres 1 et 3 ou les poulies des arbres 2 et 3 peuvent avoir des diamètres efficaces différents sur chaque arbre bien qu'elles n'aient pas de fonction variateur. Ces différences de diamètre permettent de façon fixe, d'obtenir sur l'arbre 3 une première différence de vitesse de rotation qui peut d'ailleurs être différente pour la marche avant et la marche arrière. 6) Dispositif selon les revendications 1, 2, 4, caractérisé par le fait que le chariot(21) de guidage, destiné à déplacer en une seule ligne les demi-poulies coulissantes(29) de rinverseur, est manoeuvré par un bras de commande en équerre(24) muni d'une encoche(26) permettant le déplacement longitudinal de la manette (23) de commande du chariot du variateur. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la partie variateur(10) comporte quatre poulies à diamètre variable(A, B, C, D, ) placées de telle manière que le déplacement de leur demi-poulies coulissantes(29) par un chariot à patins(21) ou à tiges, provoque le resserrement simultané des poulies B et D tandis que A et C se desserrent ou inversement pour obtenir une augmentation de la vitesse. 8) Dispositif selon les revendications 1, 4, 6, 7, caractérise par le fait que b déplacement des chariots inverseur et variateur est commande par une seule manette(23) se déplaçant suivant un U . Le basculement de gauche à droite de cette manette(23) à partir du neutre provoque par levier (24) le resserrement des poulies de rotation directe et le desserrement des poulies de rotation inverse ou inversement. La position intermédiaire est neutre puisqu'elle ne produit la tension de la courroie ni des poulies de rotation directe ni des poulies de rotation inversée. Puis, lorsque l'on pousse en avant la manette, celle-ci déplace le chariot à patin du variateur, provoquant une augmentation de la vitesse de rotation de l'axe de sortie(5) 9) Dispositif selon la revendication 1 et 8 caractérisé par le fait que le chariot à patin déplaçant simultanément les quatre demi-poulies coulissantes(29), inverse totalement les rapports de vitesse assurant tout d'abord, une réduction de la vitesse d'entrée puis une augmentation progressive de celle-ci jusqu'à sa multiplication dans les mêmes rapports. La neutralité est obtenue dans une position intermédiaire de la manette correspondant à des rapports de poulie identiques su les quatre poulies variables (A, B, C, D,) des 3 axes concernes (3, 4, 5).