Brevet FR2820796A1 — publié le 20020816

La présente invention concerne un dispositif adaptant automatiquement et de façon continue, le rapport de démultiplication au couple résistant sur l'arbre de sortie, ainsi qu'à la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée. La réalisation de cette fonction est traditionnellement réalisée à l'aide de trains épicycloïdaux montés en série et freinés tour à tour pour obtenir les différents rapports de démultiplication, les systèmes de freinage pouvant être alors de type mécanique, électromagnétique, hydraulique ou pneumatique, mais dans tous les cas pilotés par un système de commande annexe. Le dispositif selon l'invention présente les avantages : - de proposer une variation continue du rapport de démultiplication en fonction de la charge et de la vitesse de rotation motrice. - de proposer un rendement égal à celui d'un train d'engrenages classique pour le rapport de démultiplication le plus élevé et très proche de l'unité pour la prise directe, le travail de roulement n'étant perdu que pendant les phases intermédiaires d'accélération. - de gérer lui-même la bonne adéquation du rapport de réduction en fonction des paramètres d'entrée et de sortie sans utiliser une quelconque commande extérieure. - de ne pas solliciter le système de couplage par galets pour les couples résistants très élevés. - de permettre une construction où l'arbre de sortie est dans le prolongement de l'arbre d'entrée. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en coupe, le dispositif de l'invention. La figure 2 représente en coupe, la variante du dispositif de l'invention intégrant un système évitant l'emballement de la vitesse de l'arbre de sortie, dans le cas ou le rapport de réduction minimal est différent de l'unité. La figure 3 représente en coupe, une variante plus simple du premier dispositif de l'invention, adaptée aux rapports de démultiplication et aux couples résistants faibles. La figure 4 représente en coupe, la variante du dispositif intégrant une fonction de couplage automatique en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée basée sur le même principe que celui utilisé pour la variation du rapport de démultiplication. La figure 5 représente en coupe, la variante du précédent dispositif intégrant une fonction permettant de passer d'une variation lente à une variation rapide du rapport de démultiplication correspondant pour un véhicule automobile au passage d'une conduite sur route de montagne à une conduite sur autoroute. La figure 6 représente en coupe, la variante du précédent dispositif intégrant une fonction d'inversion du sens de rotation de l'arbre de sortie. En référence à la figure 1, le dispositif comporte un bâti étanche (1), permettant la lubrification permanente du système. L'arbre d'entrée (2), terminé par un pignon, transmet par l'intermédiaire des satellites (4), un couple à l'arbre de sortie (8), solidaire du porte-satellites (3). La couronne (5) liée au pignon (6), est bloquée en rotation dans le sens opposé au couple résistant par la combinaison de la roue libre (19) et du pignon (18) et est libre dans l'autre sens. Un système permettant le couplage progressif de l'arbre de sortie (8) et de la couronne (5) est installé sur un arbre secondaire (15). Ce système est constitué par un ensemble de masselottes d'inertie (13), équipée chacune d'un galet (14). Ces masselottes comportent chacune un degré de liberté angulaire autour d'un axe (li), solidaire d'une pièce support (10) et d'un pignon (9). Cet ensemble est entraîné en rotation par engrènement avec le pignon (7), solidaire de l'arbre de sortie (8). Les positions relatives du centre de gravité des masselottes (13) et de leur axe de rotation (11) sont définies de façon à obtenir par l'effet de la force centrifuge, un effort d'appui le plus élevé possible des galets (14) sur la bande de roulement (17) de la pièce (16). La forme de la bande de roulement (17) est non symétrique de révolution par rapport à l'axe de rotation de l'ensemble, afin de transformer l'effort radial exercé par les galets en effort tangentiel et donc en couple d'entraînement de la pièce (16). Une forme en ellipse et un nombre de masselottes multiple de quatre permettra un couplage sans à coups ainsi qu'un équilibrage dynamique optimisé de l'ensemble, mais tout autre forme ou nombre de masselottes est envisageable afin d'obtenir par exemple une fonction vibratoire associée. Chaque masselotte est équipée d'un système élastique (12), afin de garantir un contact permanent des galets (14) sur la bande de roulement (17), et ceci de façon à éviter les chocs mécaniques sur cette dernière pour de faibles vitesses de rotation. Le pignon (18) est solidaire de la pièce (16) et permet de transmettre le couple d'entraînement à la couronne (5) par l'intermédiaire du pignon (6). Dans le cas ou le couple résistant sur l'arbre de sortie (8) est élevé, et ceci quelle que soit la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée (2), la vitesse angulaire de la pièce (10), obtenue par l'engrènement des pignons (7) et (9) est insuffisante pour obtenir une force centrifuge et donc un couple d'entraînement de la pièce (16) supérieur au couple résistant de la couronne (5). Cette dernière reste alors immobile et en appui sur la roue libre (19), par l'intermédiaire des pignons (6) et (18) impliquant un rapport de démultiplication du dispositif maximal. Par contre au fur et à mesure que le couple résistant diminue et à partir d'une vitesse angulaire de l'arbre d'entrée suffisante, la force centrifuge générée par les masselottes (13) est telle que le couple transmis à la pièce (16) devient supérieur au couple résistant de la couronne (5) du train épicycloïdal. Il en résulte alors un entraînement de cette dernière par l'intermédiaire des pignons (18) et (6) dans le même sens que l'arbre de sortie (8), dont la vitesse augmente ainsi progressivement. L'effet combiné de la diminution du couple résistant et de l'augmentation progressive de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie (8), conduit à une élévation de la force centrifuge sur les masselottes (13), telle que la vitesse relative entre les éléments mécaniques (10 et (16) devient nulle. Dans le cas ou le rapport des nombre de dents des pignons (7) et (9) est égal à celui des pignons (6) et (18), on obtient une vitesse de rotation de l'arbre de sortie (8) identique à celle de l'arbre d'entrée (2). Le rapport de démultiplication est égal à l'unité et le moteur et la charge sont en prise directe. Dans le cas où le rapport des nombres de dents des pignons (7) et (9) est supérieur à celui des pignons (6) et (18), on obtient une variation continue des rapports de réduction plus rapide et donc un dispositif que l'on peut qualifier de plus nerveux. Par contre la vitesse de l'arbre de sortie (8) restera toujours inférieure à celle de l'arbre d'entrée (2). Dans le cas contraire on obtient une variation continue des rapports de réduction plus lente et donc un dispositif moins nerveux. Inversement, la vitesse de l'arbre de sortie (8) pourra être supérieure à celle de l'arbre d'entrée (2) et le dispositif bénéficiera alors d'une surmultiplication. Afin d'éviter un phénomène d'emballement de la vitesse de l'arbre de sortie (8), une roue libre (20) est installée directement entre l'arbre d'entrée (2) et la couronne (5) dans le cas ou le rapport de réduction minimal est égal à un. Ce système permet un glissement relatif des arbres d'entrée et de sortie tant que la vitesse du second est inférieure ou égale à celle du premier tout en empêchant son dépassement par la fonction de blocage de la roue libre (20), associée à la couronne (5). Cette fonction peut être réalisée de la même façon en disposant la roue libre (20) entre l'arbre d'entrée (2) et le porte satellite (3), directement solidaire de l'arbre de sortie (8). Pour les deux autres cas, en référence à la figure 2, la roue libre (20) sera placée entre l'arbre d'entrée (2) et le pignon (21), réalisant un engrènement avec le pignon (22) solidaire comme le pignon (18) de la pièce (16), le rapport des nombres de dents de (21) et (22) étant calculé en fonction de celui des nombres de dents de (7), (9), (18) et (6). En référence à la figure 3, le système de couplage progressif est directement installé entre l'arbre de sortie (8) solidaire du porte-satellites (3) et la couronne (5) du train épicycloïdal. Ce dispositif ne s'entend que pour des couples résistants et des rapports de réduction faibles qui ne nécessitent pas l'adjonction d'un arbre secondaire, afin de pouvoir multiplier la force centrifuge sur les masselottes par le rapport des nombres de dents de (7) à (9), ainsi que le couple d'entraînement de la couronne par le rapport des nombres de dents de (6) à (18). En référence à la figure 4, le système de couplage progressif décrit précédemment est installé entre le moteur et l'arbre d'entrée (2) du premier dispositif. Le système agit alors comme un embrayage, désolidarisant le moteur du système et donc de la charge pour les faibles vitesses de rotation et réalisant un couplage sans glissement à partir d'une vitesse donnée. Ce dispositif permet notamment un démarrage très progressif de la rotation de l'arbre de sortie (8). En référence à la figure 5, la sélection de la plus ou moins grande rapidité de la variation continue du rapport de réduction est obtenue en tirant la fourchette (31) de façon à déplacer l'ensemble des pignons (24), (25), (26) et (27), montés sur la bague cannelée (30), le long de l'arbre cannelé (32), solidaire de la pièce d'entraînement (16). Lorsque la fourchette (31) est située à gauche, le pignon (27) engrène avec le pignon (6) et l'on obtient alors une variation rapide du rapport de réduction du dispositif correspondant pour un véhicule automobile à une conduite sur route de montagne. L'ensemble constitué par la roue libre (20) et les pignons (21) et (25), dont le rapport a été calculé en fonction des nombres de dents des pignons (7), (9), (27) et (6), empêche l'emballement de la vitesse de l'arbre de sortie. Lorsque la fourchette (31) est située à droite, le pignon (26) engrène avec le pignon (28) et l'on obtient alors une variation lente du rapport de réduction du dispositif correspondant pour un véhicule automobile à une conduite sur autoroute. L'ensemble constitué par la roue libre (20) et les pignons (29) et (24) dont le rapport a été calculé en fonction des nombres de dents des pignons (7), (9), (26) et (28), empêche l'emballement de la vitesse de l'arbre de sortie. Une fonction correspondant à un point mort du dispositif peut être obtenue par une position de la fourchette (31) pour laquelle aucun des pignons (24), (25), (26) et (27) n'est en prise. En référence à la figure 6, le système d'inversion du sens de rotation est installé entre l'arbre de sortie (8) du précédent dispositif et la charge à entraîner. La marche normale ou marche avant est obtenue en tirant la fourchette (33) vers la gauche de façon à rendre solidaire par l'intermédiaire de la bague cannelée (36), l'arbre de sortie (8) et le porte-satellites (35). La marche arrière est obtenue en tirant la fourchette (33) vers la droite, de façon à rendre solidaire par l'intermédiaire de la bague cannelée (34) et des pignons (37) et (38), le porte-satellites (35) du bâti (l) entraînant alors une inversion du sens de rotation du pignon (40) par rapport au pignon (39) lié à la charge. Le blocage complet en rotation de l'arbre de sortie est obtenu par la position centrale de la fourchette (33), qui rend l'arbre de sortie (8) solidaire du bâti (l) par le couplage simultané des bagues cannelées (34) et (36). Le passage de l'une à l'autre des fonctions décrites précédemment ne peut s'effectuer que pendant que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie (8) est nulle. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour faire varier de façon continue et automatique le rapport de démultiplication d'un réducteur à engrenages épicycloïdaux (4), caractérisé en ce que l'ajustement de ce rapport en fonction de l'évolution du couple résistant sur l'arbre de sortie (8) et de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée (2), est obtenu par un entraînement en rotation de la couronne (5), grâce à l'effet de la force centrifuge appliquée sur un ensemble de galets (14), roulant sur une piste de forme elliptique (17). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une roue libre (19) s'oppose dans un sens au couple résistant sur l'arbre de sortie (8), et permet dans l'autre sens la diminution progressive du rapport de démultiplication. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un système élastique (12) empêche le choc des galets (14) sur la bande de roulement (17) de la pièce (16) pour les faibles vitesses de rotation de l'ensemble. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la rapidité de la variation du rapport de transmission est fonction du rapport entre les nombres de dents des pignons (7), (9), (18) et (6), du poids et de la position du centre de gravité des masselottes (13) par rapport à leur axe de rotation (11), ainsi que du rapport entre le grand et le petit axe de la forme elliptique de la piste (17). 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la variation du rapport de démultiplication peut être réalisée par le roulement sans frottement de galets (14), sur une piste (17), d'une forme non symétrique de révolution par rapport à l'axe de rotation, autre que la forme elliptique, cette dernière permettant néanmoins d'optimiser l'usure du système de couplage et d'obtenir une rotation sans à coups de l'arbre de sortie (8). 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'adjonction d'un arbre secondaire (15), permet d'une part d'augmenter l'action de la force centrifuge nécessaire au couplage des éléments (10) et (16) par la multiplication de la vitesse de l'arbre de sortie (8) dans le rapport des nombres de dents des pignons (7) et (9), et d'autre part d'augmenter le couple d'entraînement de l'élément (16) sur la couronne (5) du train épicycloïdal dans le rapport des nombres de dents des pignons (6) et (18). 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que pour des couples résistants et des rapports de démultiplication faibles, le couplage de l'arbre de sortie (8) et de la couronne (5), peut être réalisé directement sans passer par un arbre secondaire. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'addition d'une roue libre (20) entre l'arbre d'entrée (2) et la couronne (5), ou encore entre l'arbre d'entrée (2) et le porte-satellites (3), permet d'éviter l'emballement de la vitesse de l'arbre de sortie (8). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'addition des éléments (21) à (23), en plus de la roue libre (20), permet d'éviter l'emballement de la vitesse de l'arbre de sortie (8) dans le cas ou le rapport de démultiplication minimal est différent de un. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système de couplage à l'aide des galets (14), sur une bande de roulement (17) non symétrique de révolution, peut être utilisé pour désolidariser automatiquement le moteur du présent dispositif et donc de la charge, en dessous d'une vitesse de rotation donnée. 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'addition des éléments (24) à (32) permet de disposer d'une pré-sélection de la réactivité du système de variation du rapport de démultiplication avec une accélération et un effet de frein moteur importants ainsi qu'une vitesse maximale de l'arbre de sortie (8) plus faible que celle de l'arbre d'entrée (2) dans un cas, et une variation plus lente du système avec une surmultiplication de la vitesse de l'arbre de sortie (8) dans l'autre cas. 12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'addition des éléments (24) à (32) permet de disposer en plus d'une fonction de point mort permettant de rendre complètement indépendantes les vitesses de l'arbre d'entrée (2) et de l'arbre de sortie (8). 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'addition des éléments (33) à (40) permet de réaliser à la fois une fonction d'inversion du sens de l'arbre de sortie (8) t et une fonction de blocage en rotation de ce dernier.