Brevet FR2806456A1 — publié le 20010921

VARIATEUR MECANIQUE DE VITESSE AUTOREGULANT La variation de vitesse est traditionnellement effectuée par différentes technologies en fonction de la puissance transmise. Dans le cas & une faible puissance transmise la variation de vitesse est habituellement réalisée par un variateur à courroie qui utilise des poulies coniques ou à gorge trapézoïdales. Ces variateurs sont à ajustement de réduction, piloté ou automatique. Uajustement automatique utilise généralement des systèmes à masselottes centrifuges. Dans le cas de puissance importante, le rapport de réduction est réalisé par, une boite de vitesse mécanique ou automatique, un système hydraulique ou encore par l'adjonction & un couple génératrice électrique / moteur électrique. L'état actuel de la technique ne permet donc pas de réaliser de variation mécanique continue de vitesse sans avoir de pertes énergétiques ni de glissement, lors de la transmission de fortes puissances. De plus les technologies actuelles sont coûteuses et / ou encombrantes. La présente invention concerne un variateur de vitesse mécanique qui auto ajuste son rapport de réduction pour obtenir un couple sur l'arbre de sortie suffisant pour l'entraffier en rotation et absorber la puissance d'entrée. Le variateur selon l'invention permet de remédier aux inconvénients cités, en offrant: - Un rendement maximum, - Aucun glissement, - Un encombrement réduit, - Un coût de fabrication inférieur à ce qui existe ce j our, - L'absence de pièces d'usure. Les technologies utilisées sont détaillées, dans les pages suivantes. Par simplification les formules de calcul considèrent le rendement comme étant égal à un, ce qui n'est pas le cas dans la réalité. On peut néanmoins considérer le rendement comme étant identique à celui dune boite de vitesse mécanique. Le variateur utilise successivement quatre technologies de transmission par engrenage: Un différentiel, un corps ( J ) entraîné en rotation par l'arbre d'entrée L deux satellites ( M & N ) deux pignons arbres de sortie ( A & B) Deux tains d'engrenages, # un train à trois pignons A, F & C) et # un train à deux pignons B & D). Un train épicycloïdal, # Un planétaire intérieur E # Un planétaire extérieur K # Un ou plusieurs satellites ( I ) avec pignons sortant ( H # Un porte satellites ( G ) - Un pignon concentrique au train épicycloïdal ( S lié à l'arbre de sortie, est entraîné par le pignon accouplé au(x) satellite(s) du train épicycloïdal ( H ) Les ensembles mécaniques cités évoluent dans un carter, non représenté, permettant la lubrification et éventuellement le refroidissement. La lubrification, le reftoidissement et l'agencement des parties mécaniques seront adaptés à l'implantation du variateur. La première technologie est celle d!un différentiel ( Fig, 1) permet pour une même vitesse d'entrée des vitesses de sortie différentes. Le corps du différentiel ( J ) est entraîné en rotation par l'arbre d'entrée ( L ). Cet entraînement ne sera pas détaillé étant donné le nombre de solutions que l'on peut envisager. Les vitesses répondent à la loi mécanique suivante: Wdif (Wa + Wb) / 2 Avec: - Wdif. - Vitesse de rotation du corps du différentiel: "Y' (En Tr/min par exemple) - Wa: Vitesse de rotation de l'arbre de sortie: "A", du différentiel (En Tr/min par exemple) - Wb: Vitesse de rotation de l'arbre de sortie: "B", du différentiel (En Tr/min par exemple) Les couples répondent à la loi mécanique suivante: Cdif Ca + Cb Et, Ca Cb Avec: Cdif. Couple dentraînement du corps du différentiel: "F par l'arbre & entré (En N/m par exemple) - Ca: Couple dentraînement de l'arbre de sortie: "A", du différentiel (En N/m par exemple) - Cb: Couple d'entraînement de l'arbre de sortie: "B ", du différentiel (En N/m par exemple) La seconde technologie est celle & un train d'engrenage. On trouve deux types de trains, - Un train à trois pignons (A, F & C) qui permet de transmettre le couple d'un des arbres du différentiel, sans en modifier le sens, au train épicycloïdal. Les vitesses répondent à la loi mécanique suivante: WaxRa=WcxRc Avec: - Wc: Vitesse de rotation du planétaire intérieur du train épicycloïdal:"C & F (En Tr/min par exemple) - Rc: Rayon primitif du pignon d'entraînement du planétaire intérieur du train épicycloïdal: "C" (En mm par exemple). - Ra: Rayon primitif du pignon de l'arbre de sortie:"A", du différentiel (En mm par exemple). Les couples répondent à la loi mécanique suivante: Ca/Ra=Cc/Rc Avec: - Cc: Couple de rotation du planétaire intérieur du train épicycloïdal: "C & E" (En N/m par exemple) - Un train à deux pignons (B & D) qui permet de transmettre le couple de l'autre arbre du différentiel, en l'inversant, au train épicycloïdal. Les vitesses répondent à la loi mécanique suivante: WbxRb=-WdxRd Avec: - Wd: Vitesse de rotation du planétaire extérieur du train épicycloïdal:"K & D" (En Tr/min par exemple), - Rd: Rayon primitif du pignon d'entraînement du planétaire extérieur du train épicycloïdal: "D" (En mm par exemple). - Rb: Rayon primitif du pignon de l'arbre de sortie: b, du différentiel: "B" (En mm par exemple). Les couples répondent à la loi mécanique suivante: Cb/Rb=-Cd/Rd Avec: - Cd: Couple de rotation du planétaire extérieur du train épicycloïdal:"D & W (En N/m par exemple) On notera que les trains & engrenages décrits peuvent être remplacés par & autres technologies (Pignon / chaime, Poulies / courroies ... ). Ces trains & engrenage permettent également & ajuster un rapport de réduction pour corriger les vitesses de rotation en fonction de l'application. La troisième technologie est celle d'un train épicycloïdal ( Fig. 2). Le train épicycloïdal permet de faire évoluer la vitesse de rotation d'un ou des satellite(s) ( I ) en modifiant la vitesse relative du planétaire extérieur ( K ) par rapport au planétaire intérieur ( E ). Dans l'invention, la vitesse relative entre le planétaire extérieure et le planétaire intérieur est une fonction, du couple du planétaire intérieur du train ( E ), de celui du planétaire extérieur du train ( K ) et du couple résistant appliqué a l'ensemble satellite ( 1 ). Ceci dans la limite de ce qui est acceptable par le différentiel (Voir loi de vitesse du différentiel). La vitesse du porte - planétaire répond à la loi mécanique suivante: Wps (Wc x Re + Wd x (Re + 2 Ri / (2 (Re + Ri Avec: - Wps: Vitesse de rotation du Porte Satellite: "G" (En Tr/min par exemple). - Re: Rayon primitif du planétaire intérieur du train épicycloïdal:"E" (En mm par exemple) - Ri: : Rayon primitif du satellite du train épicycloïdal:'T' (En mm par exemple) La quatrième technologie est un pignon concentrique au train epicycloïdal ( S qui est entraîné par un pignon accouplé au planétaire ( H ). La vitesse de l'arbre de sortie répond à la loi mécanique suivante: Ws (Rh x Wc x Re + Wps x (Re + Ri) (Rh-Ri /(Ri x (Re + - Rh Avec: - Ws: Vitesse de rotation de l'arbre de sortie du variateur:"S" (En Tr/min par exemple). - Rh: Rayon primitif du pignon lié au satellite: "H" (En par exemple). Nota: Le rayon primitif Rh peut être ajusté en fonction de l'application du variateur. En effet si Rh est voisin de Ri, on peut obtenir une multiplication du couple d'entré très importante. Le couple de sortie répond à la loi mécanique suivante: Cs x Ws Cd x Wd + Cc x Wc Avec: - Cs: Couple de l'arbre de sortie:"S" (En N/m par exemple) Ce variateur peut être aménagé de plusieurs options, - Un inverseur intégré entre l'arbre & entrée le différentiel pour passer en marche arrière. - L'arbre de sortie concentrique à celui d'entrée. - L'arbre & entré perpendiculaire à celui de sortie ... Cette liste n'est pas exhaustive. Le variateur sera être equipé des aménagements nécessaires à sa bonne implantation et utilisation. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour faire évoluer automatiquement un rapport de réduction caractérisé en ce qieil comporte un carter dans lequel est implanté, - Un arbre & entrée ( L ), - Un différentiel (j, A, B, M, N - Deux trains d'engrenages ( A, F, C ) et ( B, D - Un train épicycloïdal ( E, K, 1, G ) - Un entramement du pignon de sortie ( S ) par un pignon ( H ) lié au satellite ( I ). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le différentiel permet, tout en maintenant la puissance transmise, l'évolution relative de la vitesse de chacun des arbres du différentiel ( A, B ). 3)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le train & engrenage (A, F, C) entrdine dans le même sens le planétaire ( E ) et que le train & engrenage ( B> D ) entraîne dans le sens inverse le planétaire ( K ). 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les planétaires ( E ) et K ) du train épicycloïdal tournent à des vitesses qui sont une fonction de leur couple relativement à celui exercé par le satellite ( 1 ). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pignon de sortie S exerce par l'intermédiaire du pignon ( H ) un couple résistant sur le satellite 6) Dispositif selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 caractérisé en ce que rapport de réduction est une fonction du couple de l'arbre de sortie relativement au couple de l'arbre & entrée.