Brevet FR2758169A1 — publié le 19980710

DISPOSITIF DE COMMANDE ET CONTROLE D'UN ARBRE ENTRAINE A PARTIR D'UN ARBRE MOTEUR La présente invention a trait à un dispositif de commande et contrôle d'un arbre entraîné, à partir d'un arbre moteur et plus particulièrement à un dispositif interposé entre un arbre menant et un arbre mené et capable d'assurer la triple fonction de débrayage-embrayage, de variation de vitesse et de limitation du couple appliqué à l'arbre mené. A cet effet, I'invention a pour objet un dispositif de commande et contrôle d'un arbre entraîné à partir d'un arbre moteur, comprenant, interposé entre les deux arbres, un différentiel constitué d'un premier planétaire solidaire de l'arbre menant, un second planétaire coaxial au premier et un train satellite épicycloïdal en prise avec les deux planétaires et solidaire de l'arbre mené, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens propres à appliquer audit second planétaire un couple sensiblement constant tendant à s'opposer à sa rotation, des moyens étant en outre prévus pour faire varier, à volonté, ledit couple entre une valeur nulle et une valeur maximale prédéterminée, réglable. Un tel dispositif fonctionne en débrayage lorsque le couple appliqué au second planétaire est nul alors qu'un couple résistant est présent sur le train satellite. En effet, dans ce cas, I'intégralité de l'énergie appliquée par l'arbre menant au premier planétaire se reporte sur le second planétaire via les satellites qui tournent autour de leur axe immobile. Le second planétaire tourne à la même vitesse que le premier. Si l'on applique alors au second planétaire un couple de freinage, I'énergie motrice va se répartir sur le second planétaire et sur l'arbre mené via la couronne de satellites, en proportion des couples résistant présents sur ces deux organes. Plus le couple antagoniste appliqué au second planétaire va se rapprocher du couple résistant présent sur l'arbre mené et plus la vitesse de rotation du second planétaire va se ralentir, cependant que celle de l'arbre mené va, en proportion, s'accélérer. La vitesse maximale de l'arbre mené sera bien entendu obtenue lorsque le second planétaire aura une vitesse de rotation nulle, toute l'énergie de l'arbre menant transitant vers l'arbre mené. Ainsi, le dispositif réalise sa deuxième fonction : variation linéaire de vitesse. Enfin, à un couple donné appliqué au second planétaire correspond nécessairement un couple maximal applicable à l'arbre mené. En effet, dès qu'une résistance plus importante sur l'arbre mené que sur le second planétaire se fera sentir, I'énergie de l'arbre menant basculera préférentiellement sur la voie la moins résistante, c'est-à-dire le second planétaire, ce qui limite donc le couple appliqué à l'arbre mené. Suivant un mode de mise en oeuvre, lesdits moyens propres à appliquer audit second planétaire un couple sensiblement constant sont constitués par un système du type à chemins de came et galets associés, I'ensemble étant agencé en sorte que tout au long d'un tour complet dudit second planétaire les galets exercent sur ce dernier un couple résistant résultant sensiblement constant. Suivant un exemple de réalisation, ledit système comporte deux cames excentrées identiques, décalées mutuellement de 1800 et portées par un arbre coaxial au second planétaire et solidaire de ce dernier, chaque came coopérant avec un galet sollicité élastiquement en direction de la came par une force de rappel réglable, en sorte que la somme des couples résistants exercés par les deux galets est à tout moment sensiblement constante. Avantageusement, chaque galet est sollicité par l'intermédiaire d'un ressort dont la précontrainte est réglable. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de réalisation du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple et en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant le principe du dispositif de l'invention - la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un mode de mise en oeuvre du dispositif de l'invention; - la figure 3 est une vue plus détaillée d'un ensemble came-galet du dispositif de la figure 2, et - la figure 4 représente les courbes des forces exercées par les deux ressorts du dispositif de la figure 2 lors de la rotation de l'arbre porte cames sur un demi-tour. Sur la figure 1, on a représenté en 1 un moteur, par exemple électrique, dont l'arbre de sortie 2 entraîne un premier planétaire 3 en prise avec un train épicycloïdal 4, lui-même en prise avec un second planétaire 5, coaxial au premier et solidaire d'un arbre 6 dit de commande. Le train épicycloïdal 4 est solidaire en rotation d'une roue dentée 7 coaxiale aux arbres 2 et 6 et entraînant, via un pignon, un arbre dit mené 8. A l'arbre 6 de commande est associé un dispositif 9 représenté schématiquement et destiné conformément à l'invention à appliquer un couple constant, réglable, sur ledit arbre 6, un mode de réalisation de ce dispositif 9 étant représenté sur la figure 2. II est constitué de deux ensembles identiques comprenant chacun une came excentrée 10a, 10b, calée sur l'arbre 6, sur laquelle roule un galet lia, 11b sollicité élastiquement en direction de la came par un ressort 12a, i 2b dont l'autre extrémité est immobilisée. L'un de ces ensembles est représenté sur la figure 3. Le galet il a est porté par un piston à jupe 13 coulissant librement dans un guide tubulaire fixe 14 enveloppant le ressort 12a. La came 1 Oa présente deux chemins de came symétriques, respectivement Cc et Cd, par rapport à un plan P contenant l'axe O de l'arbre 6. Le chemin de came Cc, dit de compression du ressort, s'étend du point Cm le plus proche de l'axe 0 au point CM le plus éloigné, décalé de 1800 par rapport à Cm. Lors de la rotation de l'arbre 6, par exemple dans le sens de la flèche de la figure 3, le galet 1 la est repoussé par le chemin de came Cc, c'est à dire que le ressort 12a est comprimé dans son logement 14. Avantageusement, la courbure du chemin de came Cc est déterminée en sorte de réaliser une compression du ressort 12a linéaire par rapport à la rotation de l'arbre 6, les pertes par frottement du piston 13 dans le guide 14 étant négligées. Ainsi, du point Cm au point CM le long du chemin Cc, le ressort 12a va passer d'un état de compression par exemple nul à un état de compression maximale suivant une variation linéaire. Sur la figure 4, on a représenté en 15 la courbe de variation de la force de réaction du ressort 12a, consécutive à la rotation de l'arbre 6 sur 1800, et à l'action du chemin Cc sur le galet il a. Cette force de réaction, égale à l'effort de compression, se traduit par un couple résistant C appliqué à l'arbre 6, qui croît donc linéairement de 0 à une valeur maximale lorsque le galet i la est au point CM. Le long du chemin de came Cd, dit de détente du ressort, le galet lia va se rapprocher de l'arbre 6 et le ressort 12a se détendre également linéairement, pour revenir, au point Cm, à l'état non comprimé. Dans le dispositif de la figure 2, les deux cames iota, lOb sont décalées de 1800 alors que les galets 1 la, 1 lb sont d'un même côté de l'arbre 6 si bien que lorsque l'un des galets (i la) est au point Cm de sa came (10a), I'autre galet (1 lb) est au point CM de sa came (10b). Ainsi, lorsque l'arbre 6 tourne dans le sens de la flèche de la figure 2, sur un demi-tour, le ressort 12a va se comprimer (courbe 15, figure 4), alors que le ressort 12b va se détendre (courbe 16, figure 4) en correspondance. II est évident dans ces conditions que tout au long de la rotation de l'arbre 6, la résultante R (figure 4) des couples résistants appliqués par les deux ensembles de la figure 2 à l'arbre 6 est constante et égale à la somme du couple croissant CRA appliqué par le ressort 12a et du couple décroissant CR8 appliqué par le ressort 12b. II en est strictement de même lorsque l'arbre 6 poursuit sa rotation au delà de 1800 pour achever un tour complet. Cela suppose bien entendu que les ressorts 12a, 12b travaillent dans les mêmes conditions de compression, nulle au départ et maximale et égale en fin de compression. II est intéressant de noter que la valeur constante R peut être modulée en appliquant aux ressorts 12a, 12b une précontrainte, c'est à dire en leur appliquant, à leur point bas de détente (point Cm), non plus une valeur nulle mais une valeur déterminée (PC), réglable. Ceci revient à translater vers le haut, de la valeur PC de la précontrainte, les courbes 1 5 et 16 de la figure 4, par exemple la courbe 15', ce qui accroît d'autant la valeur du couple résultant R' appliqué à l'arbre 6. Les deux ressorts 12a, 12b doivent être bien entendu précontraints de la même manière. Cette précontrainte, symbolisée par les flèches PC sur les figures 1 à 3, peut être appliquée par tous moyens appropriés sur l'extrémité des ressorts 12a, 12b opposés aux galets, dans l'axe des ressorts. Si aucune précontrainte PC n'est appliquée aux ressorts 12a, 1 2b, ces derniers étant libres de coulisser dans leur guide 14, la rotation de l'arbre 6 ne rencontre à aucun moment une résistance de la part des ressorts. Dès lors, en présence d'un couple résistant sur l'arbre de sortie 8, c'est-à-dire sur la couronne des satellites 4, I'intégralité de l'énergie appliquée sur l'arbre menant 2 se reporte sur le second planétaire 5, auquel aucune résistance n'est opposée, via les satellites qui tournent autour de leur axe immobile. Le second planétaire 5 tourne à la même vitesse que le premier planétaire 3. Le dispositif fonctionne en débrayage. Si maintenant on applique au second planétaire 5 un couple de freinage, I'énergie motrice va se répartir sur le second planétaire 5 et sur l'arbre mené 8 en proportion des couples résistants présents sur ces deux organes. Un tel couple de freinage est engendré par une action simultanée de mise sous une précontrainte PC déterminée des ressorts 12a, 1 2b. Cette précontrainte PC peut bien entendu être nulle, ce qui est le cas illustré par les courbes 1 5 et 1 6 de la figure 4. Le couple de freinage (R, R') exercé sur l'arbre 6 est ainsi constant et réglable en valeur, Plus le couple antagoniste ainsi appliqué au second planétaire 5 va se rapprocher du couple résistant présent sur l'arbre mené 8 et plus la vitesse de rotation du second planétaire 5 va se ralentir, cependant que celle de l'arbre mené 8 va, en proportion, s'accélérer, pour une même vitesse de rotation de l'arbre menant 2. En théorie, la vitesse maximale de l'arbre mené 8 est atteinte lorsque la vitesse de rotation de l'arbre 6 devient nulle, toute l'énergie de l'arbre menant 2 transitant alors vers l'arbre mené. Le dispositif fonctionne ainsi en variateur de vitesse. II suffit d'agir sur la variable PC pour augmenter ou réduire la vitesse de l'arbre 8, pour un couple moteur et une charge donnés. Enfin, et dans le même temps, le dispositif fait également office de limiteur de couple puisque, pour une valeur déterminée de la variable PC, s'établit sur le planétaire 5 un couple résistant déterminant un couple limite. Au fur et à mesure que le couple résistant présent sur l'arbre mené 8 se rapproche de la valeur dudit couple limite, une plus grande proportion de l'énergie motrice de l'arbre 2 passe vers le planétaire 5, ce phénomène se poursuivant si ledit couple résistant sur l'arbre mené surpasse le couple limite et continue à croître. A la limite, si l'arbre 8 est bloqué, toute l'énergie motrice passe sur l'arbre 6. Et ceci s'opère quelle que soit la vitesse de sortie. Le dispositif de l'invention est remarquablement fiable et son rendement est très important, de l'ordre de 96% suivant le type de train épicycloïdal employé. Très peu d'usure par frottement ou friction n'est observée. Aucun risque d'endommagement n'est à craindre en cas de blocage de la sortie 8. Le moteur 1 ne fonctionne ni en sous- ni en sur-alimentation. Par ailleurs, le dispositif de l'invention est d'un faible encombrement, ne nécessite ni source d'énergie extérieure, ni entretien et son coût de fabrication est faible. Enfin, I'invention n'est évidemment par limitée aux modes de mise en oeuvre représentés et décrits ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne la nature des moyens d'application de la précontrainte PC, et les moyens de rappel élastique des galets qui, au lieu de ressorts à boudin comme illustré sur les dessins, peuvent être constitués par tous autres moyens élastiques procurant les mêmes effets, tels que par exemple une ou plusieurs rondelles Belleville empilées, un tel dispositif étant par ailleurs plus compact. Les formes, dimensions et dispositions des cames peuvent également varier dans de larges mesures tout en procurant les mêmes effets d'application sur le second planétaire 5, par un arbre 6 ou tout autre moyen, d'un couple de freinage sensiblement constant et réglable. D'une manière générale, le système du type chemins de came-galets peut être mis en oeuvre sous diverses formes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'on pourrait dans le mode de réalisation de la figure 2 inverser l'agencement des galets qui seraient solidaires de l'arbre 6,cependant que les cames seraient fixes par rapport audit arbre, les moyens de rappel élastique étant associés soit aux cames, soit aux galets. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande et contrôle d'un arbre (8) entraîné à partir d'un arbre moteur (2), comprenant, interposé entre les deux arbres, un différentiel constitué d'un premier planétaire (3) solidaire de l'arbre menant (2), un second planétaire (5) coaxial au premier et un train satellite épicycloïdal (4) en prise avec les deux planétaires et solidaire de l'arbre mené (8), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (9) propres à appliquer audit second planétaire (5) un couple sensiblement constant tendant à s'opposer à sa rotation, des moyens (PC) étant en outre prévus pour faire varier, à volonté, ledit couple entre une valeur nulle et une valeur maximale prédéterminée, réglable. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens propres à appliquer audit second planétaire (5) un couple sensiblement constant sont constitués par un système du type à chemins de came (Cc, Cd > et galets associés (1 la, 1 1 b), I'ensemble étant agencé en sorte que tout au long d'un tour complet dudit second planétaire (5) les galets (1 la, 1 lb) exercent sur ce dernier un couple résistant résultant sensiblement constant. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit système comporte deux cames excentrées (iOa, lOb) identiques, décalées mutuellement de 1800 et portées par un arbre (6) coaxial au second planétaire (5) et solidaire de ce dernier, chaque came coopérant avec un galet (i la, 11b) sollicité élastiquement en direction de la came par une force de rappel réglable, en sorte que la somme des couples résistants exercés par les deux galets est à tout moment sensiblement constante. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque galet (i la, 1 lob) est sollicité par l'intermédiaire d'un ressort (12a, 12b). 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque galet (1 la, Il bu est sollicité par une ou plusieurs rondelles Belleville empilées. 6. Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'auxdits ressorts (12a, 12b) ou rondelles est appliquée une précontrainte (PC) réglable.