Brevet FR2789466A1 — publié le 20000811

_ 1 - C'est en repartant du principe de base de mon brevet "Coupes gigognes pour la transmission des forces rotatives FR 9614622 que j'ai recherché à trouver une appli- cation. Je me suis donc mis à dessiner un réduc- teur de vitesse avec deux arbres en ligne et ensuite Je l'ai imaginé en variateur de vitesse pouvant aussi servir de rè - gulateur de vitesse. Cet appareil est composé de trois paires d'éléments symétriques et concentriques à friction, assem- blés un peu de façon gigogne, avec un embrayage central bi- conique permettant la rotation gauche ou droite. Ce variateur est composé: - d'un plateau cylindrique fixe 13 formant la base du carter. Ce plateau 13 est traversé en son milieu par un arbre 2 passant par un palier 18 permettant également la translation de cet arbre. - d'un plateau cylindrique 14, solidaire d'un arbre 22, muni d'un ressort de compression 16. L'arbre 22 traverse le couvercle 21 du carter en son milieu en passant par un palier 18' autorisant la translation. Ces plateaux 13 et 14 ont une cavité, 23 - 24, conique en deux parties et 15' sur le rebord interne et cylindrique au milieu. - de deux galets coniques 9 et 9' dotés d'une cavité conique en deux parties 11 et 11'. - de deux poulies biconiques 3 et 4 avec une cavité intérieure conique 12 sur les bases, et cylindrique en leur milieu. - d'un arbre 2 avec un bossage biconique 1 ser- vant d'embrayage. Cet arbre 2 a une fourchette de commande 19 et coulisse dans le palier 18. Il est équipé de deux res- sorts de compression 5 et 6 qui sont retenus, d'un côté, par deux roulements à billes 7 et 8, et de l'autre, par l'inté- rieur des cavités des poulies biconiques 3 et 4, qui sont folles autour de leur arbre. -2- - d'un carter cylindrique ayant pour base le plateau 13 et pour sommet le couvercle 21. La base est rat- tachée au sommet par des boulons. Ce carter est étanche et réglable dans sa hauteur par des écrous 20. La cohésion de l'ensemble des éléments concentriques est assurée par la pression F qu'exerce, par serrage des écrous 20, le ressort de compression 16 sur le plateau 14. Le roulement à billes 17 solidaire du plateau 21 permet la rotation du ressort 16. Le plateau 14 vient, avec le plateau 13, prendre en mâchoire les deux galets coniques 9 et 9' dans leur sommet. Ces galets viennent à leur tour prendre en machoire, par leur cavité conique à la base 11 et leur rebord 10, les deux poulies folles biconiques 3 et 4 cou- lissant sur l'arbre 2. Au centre, l'embrayage biconique 1 vient s'appuyer, tant8t sur la cavité conique de la poulie 3, tant8t sur la cavité conique de la poulie 4. Fonctionnement: En l'absence de force F' sur la fourchette 19 (fig. 1), lorsque l'un des arbres tourne, le système mécanique reste au point mort 0. L'embrayage 1 est désoli- darisé des poulies folles 3 et 4. En ce cas, une rotation de l'arbre moteur 2 n'entraine aucun autre élment. Si l'arbre moteur est le 22, (le plateau 14, les c8nes 9 et 9', les poulies 3, 4), toutes ces pièces se mettent à tourner mais n'entrainent pas l'arbre 2. Fig. 2 s avec rotation droite de l'arbre 2, la fourchette 19 se trouvant en position D, l'embrayage at- taque la cavité conique de la poulie biconique 3 s ce qui entraine la rotation des différentes pièces mobiles avec une rotation équatoriale des galets 9 et 9'. En ce cas, l'ar- bre 22 tourne également à droite. Les rotations sont ren- dues possibles grâce aux surfaces et lignes de friction 12- 11-10-15 des différents éléments. La fourchette 19 allant de 0 à G, l'embrayage 1 attaque la poulie 4 et en ce cas la rotation de l'arbre 22 est contraire, donc à gauche. La fourchette 19, allant de 0 à D ou de 0 à G, ces mouvements entrainent la variation progressive de la vitesse angulaire de l'arbre 22 dans un sens ou dans l'autre grâce à la trans- - 3- lation des poulies biconiques 3, 4, ceci avec une vitesse angulaire constante de l'arbre 2. Quant la fourchette passe de la position D à G, les poulies biconiques 3 et 4 balayent dans leur cour- se la hauteur des cylindres 23 et 24 d'un bout à l'autre. Il est possible de passer directement de la rotation droite D à la rotation gauche G en cours de mar- che. En ce cas, les surfaces et lignes de friction 12-11-15 font office de frein et amortissent le passage d'un sens à l'autre. Les ressorts de compression 5 et 6 permet- tent la translation de la poulie 3 ou 4 rendue folle par la désolidarisation de l'embrayage 1 (exemple fig. 2 s la pou- lie 4 est folle et poussée vers le haut grâce au ressort 6 porté par le roulement 8. Ces ressorts transmettent la pous- sée F' au rebord supérieur 10 des c8nes. - Une rotation droite de l'arbre 2 entraine une rotation droite de l'arbre 22 avec la fourchette 19 en posi- tion haute et une rotation gauche de cet arbre avec la four- chette en position basse. - Une rotation gauche de l'arbre 2 entraine une rotation gauche de l'arbre 22 avec la fourchette vers le haut et une rotation droite de cet arbre avec la four- chette en position basse. D'o la règle générale pour cette mécanique s Une rotation droite ou gauche de l'un des arbres entraine une rotation de m4me sens de l'autre arbre si la fourchette est poussée vers le haut et une rotation inverse si la fourchette est tirée vers le bas. En cours de rotation, le fait de relacher la poussée ou la traction, de la force F' sur la fourchette 19, ramène automatiquement l'embrayage au point mort 0, grâce à l'effet de la force F du ressort 16 sur l'ensemble des pièces concentriques. Le carter, dont la base est le plateau 13 avec un couvercle 21, sera rempli d'un lubrifiant appro- prié pour limiter l'usure des surfaces de friction, permet- tre le refroidissement de ces pièces et assurer la lubrifi- cation des poulies folles biconiques tournant autour de l'axe 2 et qui s'apparentent à des paliers. Les poulies 3 et 4, de même que les galets 9 et 9' auront toujours des rotations inverses. Les dessins en coupe laissent deviner une série de losanges dont trois sont variables en dimensions s 1) losange formé par les cavités intérieures des plateaux 13 et 14 2) losange formé par l'extérieur des cônes 9 et 9' 3) losange formé par les cavités intérieures des cônes 9 et 9'. Ces trois losanges sont concentriques. Le rapport des vitesses angulaires entre arbre moteur et arbre récepteur est déterminé par le rapport des diamètres des circonférences en contact s a b X d f ae de ainsi la fourchette étant en D ou G, (fig. 3), le rapport entre les arbres 2 et 22 est de 3,6 environ. la fourchette étant au départ de O, (fig. 2), le rapport entre 2 et 22 est de 9,5 environ; le rapport entre vitesse mini et maxi est donc de 2, 6 ceci, évidemment, avec une vitesse angulaire constante de l'arbre 2; Le rapport de vitesse du variateur peut être changé en employant des poulies de hauteur différente et, ou, avec des angles différents pour les cônes et losan- ges. Des poulies plus longues donneront un plus grand rap- port, et des cônes plus ouverts augmenteront également ce rapport. La force, venant de F', se retrouvant en (fig. 2 ou 3), transmise par la poulie 4 sur les galets 9 et 9' doit être aussi importante que la force exercée en 11 par la poulie 3 sur les mêmes galets de façon que la ré- sultante de ces deux forces porte sur la ligne 15 et ne dé- séquilibre pas les galets 9 et 9'. Pour cela, le ressort 6, maintenu sur l'arbre 2 grâce au roulement à bille 8, doit exercer une poussée aussi grande sur la poulie 4 que le bic8ne diem- brayage 1 sur la poulie 3. La jonction des deux cônes des poulies biconiques 3 et 4 est arrondie de façon qu'au point mort -5 (fig. 1), les lignes 10 et 11 des cônes 9 et 9' décollent des poulies, ceci pour éviter des frictions gênantes. Bien que, sur les lignes de friction 15 et 11 entre plateaux et cènes d'une part et entre cènes et poulies d'autre part, nous ayons des vitesses périphériques inégales de chaque pièce, le système fonctionnera quand même puisque l'entrainement est à friction et autorise des glissements. Les évidements coniques 15' et 11' des plateaux et cônes limitent les différences de vitesses nui- sibles au bon fonctionnement. L'arbre moteur peut être l'arbre 22 ou l'arbre 2 selon que l'on veut travailler en multiplicateur ou réducteur de vitesse variable. La force F', nécessaire pour pousser ou tirer sur la fourchette 19 de l'arbre 2, est démultipliée par rapport à la force F agissant sur le plateau 14 et sera donc beaucoup plus faible que la force F. Le mécanisme peut se convertir on régu- lateur de vitesse. Ainsi une vitesse variable sur l'arbre moteur 22 peut se transformer en vitesse constante sur l'arbre 2 grâce à une commande asservie de la fourchette 19, ce qui peut Atre le cas pour la régulation d'une éo- lienne. Pour généraliser s une force motrice de vitesse angulaire variable appliquée sur l'un des arbres 2 ou 22 peut se transformer en force de vitesse angulaire constante sur l'autre arbre grâce à un asservissement sur la commande de la fourchette 19. Les possibilités de transmission de cette mécanique dépendront, d'une part, de la force F appliquée au plateau supérieur, et d'autre part, de la nature des ma- tériaux permettant l'adhérence par friction ainsi que du lubrifiant. Le fonctionnement de cette mécanique à friction (boite de vitesse) est souple et silencieux. - 6- REVENDICATIONS 1) Variateur mécanique de vitesse ou régulateur carac- térisé en ce qu'il comporte un bossage central biconique (1) solidaire d'un axe (2) venant s'accoupler à la partie coni- que (12) se trouvant à la base de l'une ou l'autre des pou- lies biconiques (3-4). Ces poulies folles autour de leur arbre (2) sont arrêtées à l'autre extrémité par des ressorts à compression (5-6) bloqués par des roulements (7-8) fixés à l'arbre (2). Ces poulies (3-4) sont prises en mâchoire par la cavité conique (11) et le rebord (10) des galets co- niques (9-9') à leur base. Ces galets sont, à leur tour, pris en mâchoire par les rebords coniques (15) des deux plateaux (13-14). Le plateau (13) fixe forme la base du car- ter. Le plateau (14) reçoit la poussée d'un ressort à com- pression (16) comprimé avec le haut du carter (21) par le serrage des écrous (20) des boulons reliant la base (13) et le couvercle (21) du carter. Un roulement (17) solidaire du couvercle (21) permet au ressort (16) de tourner avec le plateau (14). Un arbre (22) solidaire du plateau (14) tra- verse le couvercle (21) en sa partie centrale par un palier (18'), tandis qu'à l'opposé l'arbre ( 2) traverse la base (13) en son milieu par un palier (18). Ces paliers (18-18') autorisent la translation des arbres (2-22). Les plateaux cylindriques (13-14) ont une cavité centrale cylindrique (23-24) o viennent circuler, par translation, l'ensemble poulies biconiques (3-4) avec l'embrayage (1) commandés par la fourchette (19) solidaire de l'arbre (2) pour une régu- lation éventuelle de vitesse sur l'un ou l'autre des arbres (2-22). Selon l'accouplement du bossage central (1) avec l'une ou l'autre des poulies biconiques (3-4), le sens de rotation de l'arbre opposé sera inversé ou dans le même sens. 2) Variateur mécanique de vitesse ou régulateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rebord supé- rieur des plateaux (13-14) possèdent un évidement conique (15') et que les galets (9-9') disposent également d'un évi- dement conique (11') pour éviter des frictions nuisibles. - 7- 3) Variateur mécanique de vitesse ou régulateur selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que la Jonction des deux c8nes des poulies biconiques (3-4) est arrondie pour qu'au point mort (0) (fig. 1) les lignes (10-11) des cônes (9-9') décollent des poulies (3-4). 4) Variateur mécanique de vitesse ou régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport des vitesses angulaires des arbres (2-22) dépend,de la hauteur des poulies biconiques (3-4), des angles des cônes et losanges.