Brevet FR2779201A1 — publié le 19991203

La présente invention concerne une boite de vitesse à progression linéaire, c'est-à-dire à transmission continuellement variable d'un couple moteur à un couple résistant en fonction de l'évolution de ces couples. De telles transmissions sont utilisées dans le domaine des machinesoutils et dans celui des appareils de transport, notamment dans les véhicules automobiles, o elles remplacent avantageusement les boites de vitesses mécaniques. On connait dans ce domaine automobile des boites de vitesse automatiques assurant cette fonction de variation de vitesse continue. Ces boites associent généralement un convertisseur hydraulique de couple et une série d'étages de réduction à engrenages épicycloidaux dont la mise en circuit est assurée par des embrayages à disques multiples commandés par un pilotage électronique. Si cette solution s'avère efficace, comme en témoignent les véhicules automobiles équipés de transmissions automatiques selon cette technique, elle reste complexe et coûteuse. Il a été développé une solution plus simple associant un convertisseur de couple et un variateur de vitesse à courroie o l'écartement et le rapprochement inverses des joues des poulies de transmission modifie de façon continue les rayons d'enroulement de la courroie et donc le rapport des vitesses de rotation des poulies. Cette solution, malgré sa simplicité de conception, pose des problèmes de réalisation. La capacité de transmission de puissance, liée à la robustesse de la courroie et du mécanisme de poulies à écartement variable, reste limitée ou conduit à des constructions de courroies et de mécanismes de régulation complexes et donc coûteux lorsque l'ont veut augmenter la capacité de transmission de puissance. Pour illustrer l'état de la technique évoqué ci-dessus, on pourra se reporter au livre intitulé "Les transmissions", de Bernard Derreumeaux, éditions E.T.A.I., 1991, pages 127 à 168, qui décrit en détail les principales réalisations actuelles de boites de vitesse automatiques et de variateurs à courroies. La présente invention a pour objet une boite de vitesse à progression linéaire assurant la même fonction de variation continue de vitesse de transmission particulièrement appropriée pour les applications automobiles, de construction plus simple, plus compacte et donc plus économique que les réalisations précitées. Elle est réalisée à partir d'un seul train d'engrenages épicycloïdal dont le boitier est mobile en rotation dans le bâti de la boite et dont le porte-satellites reçoit l'arbre d'entrée moteur, la couronne transmet, dans le même sens de rotation que l'arbre moteur, la puissance à l'arbre de sortie de boite solidaire en rotation d'un flasque en forme de coupelle à surface torique périphérique concave de sortie d'un régulateur à double galets orientables en appui d'une part sur cette surface torique concave de sortie et d'autre part sur une surface torique concave opposée d'entrée aménagée sur la cage du train épicycloidal et donc solidaire du planétaire servant de point d'appui aux satellites,, ce régulateur à double galets agissant d'une part en freinage sur la cage et le planétaire et d'autre part en réintroduisant de façon positive sur l'arbre de sortie le couple de freinage reçu en entrée, dans le même sens de rotation que les arbres d'entrée et de sortie. Dans cette configuration, les satellites sont donc entraînés par l'arbre moteur et transmettent simultanément la puissance motrice à la couronne et au planétaire du train épicycloidal sous forme de deux couples d'entramînement qui se regroupent sur l'arbre de sortie de boite, la puissance entrante étant réintroduite par la sortie du régulateur sur l'arbre de sortie de boite qui assure donc en final la retenue du planétaire interne, régule sa vitesse et détermine le plus grand rapport de démultiplication. Ce plus grand rapport de démultiplication est fonction du rapport de réduction du train épicycloidal diminué du rapport du régulateur. Si, par exemple, on prévoit un rapport de démultiplication de 1/7 pour le train épicycloïdal et de 1/5 pour le régulateur, le mouvement se décompose comme suit:20 -Pour un tour de l'arbre moteur et donc du porte-satellites, la couronne du train épicycloïdal va tourner de 1/7 de tour, entramînant en une rotation de même valeur l'arbre de sortie qui lui est solidaire. - Dans le même temps, le planétaire, asservi également à l'arbre de sortie par l'intermédiaire du régulateur, va également tourner de 1/7 de tour augmenté des 1/5 de démultiplication du régulateur, soit 1/35, ce qui représente un rapport maximum réel de boite de: 5/35 + 1/35 = 6/35, soit 5,8. Une telle valeur est assez courante dans les applications automobiles. Si le régulateur est dans la position de rapport 1/1, son entrée, et donc le planétaire, tournent à la même vitesse que l'arbre de sortie et la couronne qui lui est solidaire. Les satellites sont alors immobilisés en rotation et une vitesse maximum correspondant à une prise directe est donc atteinte, l'ensemble tournant à la même vitesse que le moteur. Le régulateur est constitué d'un flasque en forme de coupelle solidaire en rotation de l'arbre de sortie de boite et donc de la couronne de sortie du train épicycloidal et comporte une partie externe de surface concave torique opposée à une partie interne d'une surface concave torique correspondante aménagée sur la face opposée à la face d'entrée du boitier du train épicycloidal, ces deux surfaces, et donc les organes qui les supportent, étant entraînées dans leurs rotations respectives par plusieurs jeux de paires de galets identiques, engrenés entre eux pour leur assurer des rotations de sens inversé, leurs axes de rotation parallèles étant situés dans des plans axiaux de la boite, les boitiers portant ces axes étant montés pivotants sur des supports solidaires du bâti de boite suivant un axe tangent à l'axe circulaire des surfaces toriques conjuguées que les galets entraînent en rotation sous la pression d'un effet de coincement dans un rapport de vitesses fonction d'un pilotage en orientation de pivotement de leurs boitiers. L'effet de coincement est obtenu par le décalage de raxe du premier galet mis plus haut que l'axe menant et par un léger surdimensionnement de la cote d'encombrement des jeux de deux galets assemblés par rapport au diamètre interne des surfaces toriques sur lesquelles ils sont en appui roulant. Un espace périphérique libre entre lesdites surfaces toriques permet le passage des supports de pivotement des boitiers porte galets ainsi que l'accés de leur mécanisme de pilotage en orientation. En fonction de la position de démultiplication résultante de cette orientation, le régulateur exercera un effet de retenue sur le planétaire du train épicycloïdal, solidaire du boitier de ce dernier et donc de la surface torique d'entrée du régulateur, régulant ainsi la25 vitesse du planétaire et donc le rapport de démultiplication de la boite. Le mécanisme d'une telle boite de vitesse à progression linéaire, notamment pour une application à la propulsion automobile, sera décrit plus précisément ci-aprés en référence aux dessins annexés o: - La figure I représente une coupe axiale de l'ensemble du train épicycloïdal et du regulateur, - La figure 2 représente une coupe partielle décalée, suivant Il-II, du même ensemble, en vue de face, - La figure 3 montre en coupe axiale une solution préféerée de dispositif d'accouplement de prise directe. Pour faciliter la localisation sur les figures des numéros d'identification des éléments des organes décrits, ceux-ci ont été regroupés dans des mêmes dizaines. Sur la figure 1, un arbre moteur 10 est relié au mécanisme de transmission selon l'invention par un moyen de couplage 11 classique permettant le démarrage. Ce mécanisme comporte un ensemble de démultiplication du type à train épicycloidal 20 comprenant des pignons satellites 21 portés par une cage porte-satellites 22 entraînée en rotation par rarbre moteur 10, ces pignons satellites 21 engrenant sur une couronne de sortie 23 solidaire d'un arbre primaire de sortie de boite 24 auquel elle transmet la puissance. Cet arbre de sortie recevra, par ailleurs et non représentés, les dispositifs habituels d'inversion de marche arrière, de point mort et de position parking. Les pignons satellites 21 engrènent sur un pignon planétaire 25 solidaire du boitier 30 du train épicycloïdal et d'une partie de forme conique de ce dernier recevant une surface torique concave 31 décalée radialement par rapport à une surface torique concave 20.opposée 32 aménagée dans la bordure concave d'un flasque 33 solidaire en rotation de l'arbre de sortie 24. Ces surfaces toriques concaves opposées 31 et 32 constituent les éléments d'entrée et de sortie d'un régulateur de vitesse 40 comportant des moyens de transmission permettant leur couplage au moyen d'un premier galet 41 en appui sur la face concave 31 et25 solidaire d'un pignon 42 transmettant son mouvement de rotation à un pignon identique 43 solidaire d'un second galet 44, identique au galet 41 et prenant appui sur la surface concave 32, dans le même sens de rotation que l'arbre de sortie 24, qui le freine tout en régulant sa vitesse. Les deux éléments d'entraînement constitués par les galets 41 et 44 avec leurs pignons de liaison 42 et 43 sont montés libres en rotation dans un boitier support 45 sur des axes 45a assurant leur fixation en position. A égale distance entre ces deux axes 45a et parallèles à ceux-ci, deux tourillons 45b permettent l'oscillation du boitier 45 assurant un coincement d'appui des galets 41 et 44 sur leurs surfaces d'appui respectives 31 et 32. Les tourillons 45b sont vissés dans les bras 46a d'une chape 46 munie d'un pivot 46b dont l'axe est tangent à 'axe circulaire des surfaces toriques conjuguées 31 et 32 et à mi-distance des axes des pignons 42 et 43 et représente le centre d'équilibre du régulateur. Cet axe 46b permet de faire pivoter les galets 41 et 44 sur leurs surfaces d'appui respectives 31 et 32. Dans la position du plan de pivotement des galets passant par leurs points d'appui sur les surfaces 31 et 32, plan perpendiculaire à raxe commun des arbres d'entrée 10 et sortie 24 de la boite, et correspondant à une portée du galet 41 sur le point 3 la et du galet 44 sur le point 32a, on obtient la démultiplication la plus importante correspondant au rapport des rayons de rotation des points 3 la et 32a par rapport à l'axe de rarbre 24. La vitesse maximum du véhicule correspondant à une prise directe est obtenue lorsque le plan de pivotement des points d'appui des galets, situés en 3 lb et 32b, est dans une position parallèle à l'axe de marbre 24. L'enclenchement du crabotage de prise directe sera facilité en dépassant ces points 3 lb et 32b jusqu'en 3 1c et 32c, ce qui a pour effet de surmultiplier légèrement la vitesse avant le passage d'enclenchement. La rotation de pivotement du boitier support 45 et des galets peut être assurée sur un secteur correspondant sensiblement à un quart de circonférence commandé par une roue de vis sans fin 47 limitée aux points 47a et 47b, actionnée par une vis sans fin 47c solidaire d'un pignon 47d, lui-même entraîné par une roue ou une couronne 47e concentrique à l'axe de l'arbre 24. Cette disposition permet avantageusement de commander de façon synchronisée plusieurs jeux de galets disposés en espacement régulier autour de l'axe 24 pour équilibrer mutuellement leurs pressions d'appui sur les surfaces 31 et 32. Un pilotage de boite approprié, de type connu, pourra commander ce dispositif. L'espace périphérique libre entre les deux secteurs toriques 31 et 32 permet le passage de supports de pivotement 51 des boitiers porte galets ainsi que de leur commande de pilotage. La boite de vitesse à progression linéaire selon l'invention est contenue dans un carter 50, constitué de deux éléments afin de faciliter sa réalisation et l'assemblage des 6^ 2779201 composants de cette boite. Dans ce carter 50 est monté sur paliers de rotation suivant les axes des arbres d'entrée et sortie 10 et 24 l'ensemble du train épicycloïdal 20 et du variateur 40 dont les boitiers support 45 des galets 41 et 44 sont montés pivotants sur les pattes 51 du carter 50, assurant le positionnement des galets, de la vis sans fin 47c et la résistance nécessaire à leur travail. Compte-tenu de leur disposition auto-coinçante, la poussée de la face concave 31 sur le galet 41 n'a pas d'effet sensible de traction sur l'axe de pivotement de la patte support 51. Il en est de même pour le galet 44 qui ne crée pas de compression, ces deux efforts étant neutralisés par l'effet de coincement. Cet effet de coincement apparait sur la figure 2, o sont représentés les galets 41 et 44, leurs pignons d'engrènement 42 et 43, et leurs cercles d'appui de roulement 3 la et 32a sur les surfaces toriques 31 et 32. L'effet de coincement est obtenu simplement par une dimension d'encombrement maximal de l'assemblage des deux galets légèrement supérieure à la différence des rayons de leurs cercles d'appui respectifs sur les surfaces toriques 31 et 32, c'est-à-dire au diamètre du tore et par l'axe du galet 41 se trouvant de ce fait à une hauteur15 supérieure à celle de l'axe 24. Afin d'assurer une mise en position de prise directe de la boite, un fourreau 60 déplaçable axialement mais solidaire en rotation est disposé entre l'arbre de sortie 24 et le flasque en coupelle 33 du variateur. Ce fourreau comporte en extrémités un dispositif d'attelage en rotation qui permet, lorsque la vitesse de synchronisation de prise directe est20 atteinte, de solidariser le boitier 30 au flasque 33. Dans cette position, les galets 41 et 44 du variateur, n'ayant plus à assurer leur fonction d'entraînmement, le flasque 33 peut être déplacé axialement pour ne plus être en contact avec le galet 44. Eventuellement, il pourrait également être envisagé de faire pivoter le boitier support 45 pour libérer simultanément les deux galets de leurs surfaces de contact. Un élément de sécurité 47fpeut être également prévu entre la tête de la chape 46 et le boitier support 45, limitant son amplitude de pivotement, afin de limiter la pression résultante exercée par les galets. Un élément tel qu'un ressort concentrique à cet élément de sécurité assurera à l'arrêt une pression de contact minimum des galets sur les surfaces 31 et 32. 7 2779201 La coupe axiale partielle de la figure 3 montre le boitier 30 du train épicycloïdal recevant la surface torique 31 et monte classiquement libre en rotation sur l'arbre 24, la couronne 23 venant en appui sur son roulement de butée de palier, des logements de crabotage 61 étant aménagés à l'extrêmité opposée de ce palier pour recevoir les dents 5 correspondantes d'un manchon de crabotage (60), actionné par les tourillons d'une fourchette de manoeuvre 62 commandée par le pilotage de la boite. Le manchon 60 est solidaire en rotation de l'arbre 24 par des cannelures 63. En position débrayée, il vient en appui contre une butée 64 règlable en position et rendue solidaire de l'arbre 24, de règlage de la position décrabotée et servant également d'appui à un élément ressort 65 assurant le maintien en pression du flasque 33 contre une butée à billes 66 à épaisseur réglable par décalage angulaire de deux cages dont l'une 66a, maintient dans des logements régulièrement espacés des billes roulant sur des rampes d'écartement aménagées sur l'autre cage 66b suivant des secteurs circulaires et immobilisée en rotation sur le carter de boite. Cette butée 66 est calée entre deux butées d'appui 67 dont l'une 67b décalable en rotation et axialement en même temps, prend appui contre le flasque 33 et rautre/contre une butée d'appui 68 solidaire en rotation de l'arbre 24 et calée en translation par une butée de réglage 69 vissée sur l'arbre 24 qui permet d'ajuster de façon parfaite la distance séparant les surfaces toriques 31 et 32. Cette disposition permet de commander, avec rengagement du crabotage de prise directe, le recul du flasque 33 sous l'action d'effacement de la butée règlable 66 et la poussée de l'élément ressort 65, ce qui a pour effet de dégager les galets de leurs contacts d'appui sur les surfaces toriques 31 et 32, et donc d'en limiter l'usure. La boite de vitesse à progression linéaire selon l'invention constitue ainsi un mécanisme de construction simple, économique et compacte,, notamment adaptée au domaine automobile. Revendications 1- Boite de vitesse à progression linéaire pour l'adaptation de la vitesse de rotation entre un organe menant à couple moteur et un organe mené à couple résistant en fonction des variations respectives des couples moteur et résistant de ces organes menant et mené, réalisée à partir d'un train d'engrenages épicyclroïdal dont le boitier est mobile en rotation dans le bâti de la boite, caractérisée en ce que le porte- satellites (22) du train épicycloïdal (20) reçoit l'arbre d'entrée moteur (10), la couronne (23) transmet dans le même sens de rotation que l'arbre 10 la puissance à larbre de sortie de boite (24) solidaire en rotation d'un flasque (33) en forme de coupelle à surface périphérique torique concave (32) de sortie d'un régulateur (40) à double galets orientables (41, 44) en appui d'une part sur cette surface torique concave de sortie (32) et d'autre part sur une surface torique concave opposée d'entrée (31) aménagée sur la cage (30) du train épicycloidal et donc solidaire du planétaire (25) servant de point d'appui aux satellites (21), ce régulateur à double galets agissant d'une part en freinage sur la cage (30) et le planétaire (25) et d'autre part en réintroduisant de façon positive sur l'arbre de sortie (24)15 le couple de freinage reçu en entrée, dans le même sens de rotation que l'arbre d'entrée (10). 2- Boite de vitesse à progression linéaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le régulateur (40) est constitué d'un flasque (33) solidaire en rotation de l'arbre de sortie de boite (24) et donc de la couronne de sortie (23) du train épicycloïdal (20) et comporte une20 partie externe de surface concave torique (32) opposée à une partie interne d'une surface concave torique correspondante (31) aménagée sur la face opposée à la face d'entrée du boitier du train épicyclodal, ces deux surfaces, et donc les organes qui les supportent, étant entraînées dans leurs rotations respectives par au moins deux jeux de paires de galets identiques (41, 44), engrenés entre eux par des pignons solidaires (42, 43) pour leur assurer25 des rotations de sens inversé, leurs axes de rotation parallèles (45a) étant situés dans des plans axiaux de la boite, les boitiers (45) portant ces axes étant montés pivotants sur des supports (51) solidaires du bâti de boite (50) suivant un axe tangent à l'axe circulaire des surfaces toriques conjuguées (31, 32) que les galets (41, 44) entraînent en rotation sous la pression d'un effet de coincement dans un rapport de vitesses fonction du pilotage en orientation de30 pivotement de leurs boitiers (45). 3- Mécanisme variateur de vitesse du type à galet engagé en appui roulant entre des surfaces coniques opposées (40) caractérisé en ce qu'il est constitué d'un flasque (33) en forme de coupelle solidaire en rotation d'un arbre de sortie (24) et comporte une partie externe de surface concave torique (32) opposée à une partie interne d'une surface concave torique correspondante (31), ces deux surfaces, et donc les organes qui les supportent, étant entranvées dans leurs rotations respectives par au moins deux jeux de paires de galets identiques (41, 44), engrenés entre euxpar des pignons solidaires (42, 43) pour leur assurer des rotations de sens inversé, leurs axes de rotation parallèles (45a) étant situés dans des plans axiaux du variateur, les boitiers (45) portant ces axes étant montés pivotants sur des supports (51) solidaires du boitier du variateur (50) suivant un axe tangent à l'axe circulaire des surfaces toriques conjuguées (31, 32) que les galets (41, 44) entraînent en rotation sous la pression d'un effet de coincement dans un rapport de vitesses fonction du pilotage en orientation de pivotement de leurs boitiers (45). 4- Boite de vitesse à progression linéaire selon les revendication 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'effet de coincement des galets (41, 44) est obtenu par une dimension d'encombrement maximal de lassemblage d'un jeu de deux galets légèrement supérieure à la différence des rayons de leurs cercles d'appui respectifs sur les surfaces toriques (31, 32), c'est-à-dire au diamètre du tore, avec lesquelles ils sont engagés en contact roulant. 5- Boite de vitesse à progression linéaire selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce qu'un espace périphérique libre est aménagé entre les deux secteurs toriques (31, 32) permet le passage de supports de pivotement (51) des boitiers porte galets (45, 46a) ainsi que de leur commande de pilotage (47c) en orientation. 6- Boite de vitesse à progression linéaire selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que la mise en position de prise directe de la boite est assurée par un fourreau (60) déplaçable axialement mais solidaire en rotation, disposé entre l'arbre de sortie (24) et le flasque en coupelle du variateur (33), ce fourreau comportant en extrémités un dispositif d'attelage en rotation permettant, lorsque la vitesse de synchronisation de prise directe est atteinte, de solidariser le boitier (30) au flasque (33). 7- Boite de vitesse à progression linéaire suivant les revendications 1, 2. 3 et 6 caractérisé en ce que l'enclenchement de crabotage de prise directe est obtenu en dépassant la position (3 lb, 32b) d'appui des galets (41, 44) parallèle à l'axe de l'arbre (24) en (3 lc, 32c) pour surmultiplier légèrement la vitesse. 8- Boite de vitesse à progression linéaire suivant les revendications 1, 2, 3 et 6 caractérisée en ce qu'une butée (64) réglable axialement et rendue solidaire de l'arbre (24) reçoit d'une part rappui du manchon de crabotage de prise directe (60) en position débrayée et d'autre part un élément ressort (65)exerçant une poussée axiale sur le flasque (33) le plaquant contre une butée à épaisseur réglable (66) dont reffacement permet le recul du flasque (33) sous raction de l'élément ressort (65) et la suppression des contact d'appui des galets (41, 44) contre les surfaces toriques (31, 32) pendant les régimes de prise directe. 9- Boite de vitesse à progression linéaire suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la butée à épaisseur réglable (66) est du type à réglage angulaire par billes sur rampes suivant des secteurs circulaires et constituée de deux éléments dont l'un (66a) est immobilisé en rotatioon et rautre (66b)est décalable angulairement, ladite butée étant calée entre une butée d'appui (68) solidaire en rotation de l'arbre (24) et le flasque (33) par deux butées à billes (67a, 67b). - Boite de vitesse à progression linéaire suivant les revendications 1, 2, 3, 8 et 9, caractérisée en ce que les efforts de poussée des galets (41, 44) sont transmis uniquement à marbre (24) sans affecter les autres parties de la structure de la boite.