Brevet FR2847633A1 — publié le 20040528

La présente invention concerne un dispositif qui permet de faire varier la vitesse de rotation d'engrenages de façon continue sans glissement et à l'aide de pièces parfaitement équilibrées en rotation sur leur axe principal. Dans l'état actuel de la technique, un engrenage est une pièce cylindrique comportant un axe de rotation principal. Lorsque cette pièce est pourvue de dentures extérieures, on l'appelle généralement pignon. Si cette pièce comporte une denture intérieure, on l'appelle généralement couronne. Que la denture soit intérieure ou extérieure, le diamètre primitif est dans la plupart des cas constant. Dans des applications de renvoi d'angle, les diamètres primitifs sont variables et varient progressivement de façon linéaire par rapport à un déplacement sur l'axe de rotation principal. Dans tous les cas, qu'il s'agisse d'un pignon ou d'une couronne, le rapport de vitesse entre l'élément menant et l'élément mené est invariable. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient. Il comporte en effet, selon une première caractéristique, un carter enveloppe qui contient: un pignon que l'on peut animer d'un mouvement de rotation, ce pignon ayant une position figée dans le carter support, deux couronnes que l'on peut déplacer à la fois latéralement et suivant un mouvement de rotation latéral, et une troisième couronne susceptible de se déplacer parallèlement à l'axe du pignon. Si certaines conditions sont remplies, la position de cette troisième couronne peut être figée. Lorsque le pignon est animé d'un mouvement de rotation sur son axe principal et que l'on provoque le déplacement des couronnes, ces trois couronnes tournent sur leur axe principal avec des vitesses différentes qui sont variables en fonction de la vitesse de rotation du pignon et en fonction de l'inclinaison que l'on donne aux couronnes. -2 - Le pignon a pour particularité que sa denture extérieure suit le parcours de ses différents diamètres primitifs. Cette denture peut être de section progressive. Le nombre de dents peut être variable lorsque l'on se déplace sur l'axe de rotation principal. - La première couronne dispose d'une denture intérieure correspondante en forme à la denture du pignon et en respectant le module composé de dents principales et éventuellement de dents intermédiaires. Cette première couronne tourne sur son axe principal en maintenant un contact permanent entre une section de denture du pignon et une section de denture intérieure de la première couronne de forme correspondante. Cette première couronne dispose d'une denture extérieure sur le principe exposé pour le pignon. Cette première couronne peut être animée d'un mouvement de déplacement et d'un mouvement de rotation latéral. La denture du pignon ou la denture intérieure de la première couronne doit avoir des diamètres primitifs qui ne varient pas linéairement suivant son axe de rotation principal. La denture du pignon et la denture intérieure de la première couronne peuvent avoir des diamètres primitifs variables par rapport à leur propre axe de rotation principal. Ces variations de diamètres primitifs peuvent être identiques ou différentes. - Une deuxième couronne à denture intérieure dans laquelle on retrouve toutes les sections de la denture extérieure de la première couronne. Cette deuxième couronne tourne sur son axe principal en maintenant un contact permanent entre une section de la denture extérieure de la première couronne et une section de denture intérieure de la deuxième couronne de forme correspondante. Cette deuxième couronne dispose d'une denture extérieure sur le principe exposé pour le pignon. Cette deuxième couronne peut être animée d'un mouvement de déplacement et d'un mouvement de rotation latéral. La denture extérieure de la première couronne ou la denture intérieure de la deuxième couronne doit avoir des diamètres primitifs qui ne varient pas linéairement suivant son axe de rotation principal. La denture extérieure de la première couronne et la denture intérieure de la deuxième couronne peuvent avoir des diamètres primitifs variables par rapport à leur propre axe de rotation principal. Ces variations de diamètres primitifs peuvent être identiques ou différentes. - Une troisième couronne à denture intérieure dans laquelle on retrouve toutes les sections de la denture extérieure de la deuxième couronne. Cette troisième couronne tourne sur son axe principal en maintenant un contact permanent entre une section de la denture extérieure de la deuxième couronne et une section de denture intérieure de la troisième couronne de forme correspondante. Cette troisième couronne peut disposer d'une denture extérieure de forme classique. La denture extérieure de la deuxième couronne ou la denture intérieure de la troisième couronne doit avoir des diamètres primitifs qui ne varient pas linéairement suivant son axe de rotation principal. La denture extérieure de la deuxième couronne et la denture intérieure de la troisième couronne peuvent avoir des diamètres primitifs variables par rapport à leur propre axe de rotation principal. Ces variations de diamètres primitifs peuvent être identiques ou différentes. - Deux engrenages suffisent pour obtenir une variation de vitesse, l'un des deux doit avoir une variation de ses rayons primitifs qui ne soit pas linéaire par rapport à un déplacement suivant son axe de rotation principal. - Quatre éléments combinés, qu'ils soient pignons ou couronnes, permettent de récupérer le mouvement de rotation en sortie parallèlement au mouvement de rotation d'entrée. - Si le cumul des rayons primitifs actifs est constant, la position de l'axe de la quatrième couronne est figé quelque soit la position des deuxième et troisième couronnes. Selon des modes particuliers de réalisation: - on peut remplacer n'importe quelle couronne par un pignon - on peut remplacer le pignon par une couronne - on peut combiner pignons et couronnes -4 - on peut remplacer les couronnes par des chaînes qui auraient des maillons répondant aux caractéristiques énoncées pour les couronnes - le nombre de pignons et couronnes peut être modifié, leur quantité est illimitée, leur nombre est conditionné par l'objectif de variation de vitesse attendu - on peut guider les mouvements de déplacement des couronnes à partir de guides ou cames, l'asservissement pouvant être assuré par tout moyen connu, hydraulique, pneumatique, électronique, électrique ou (et) élastique. - La denture qu'elle soit de forme progressive, qu'elle comprenne des dents principales et des dents intermédiaires ou pas, peut être enroulée en spirale sur l'axe de rotation principal de façon à ce qu'il se produise une réaction longitudinale sur l'axe de rotation principal du pignon ou (et) de la (des) couronne(s) concernée(s). Cet effort pouvant être capté et exploité pour piloter un asservissement qui aurait pour objectif de faire varier l'inclinaison des couronnes et consécutivement d'adapter la vitesse de rotation du dernier élément du système au couple admissible par l'élément moteur entraînant ce système de variation de vitesse. Les dessins annexés illustrent l'invention. Le dessin 1 donne une représentation volumique du pignon et des trois couronnes dans une position de variation de vitesse intermédiaire. Ces quatre pièces étant représentées au trois quarts de leur volume suivant leur axe de rotation principal pour faciliter la vue à l'intérieur du mécanisme et la compréhension de l'invention. La denture est de section progressive et ne comprend que des dents principales, il n'y a pas de dents intermédiaires. Le dessin 2 représente, en coupe diamétrale isométrique, la section du pignon, la section des trois couronnes et les éléments de guidage des couronnes avec les liaisons par des axes fictifs qui sont les pivots des mouvements de déplacements et de rotations latérales. Le dessin 3 représente en vue de dessus les parcours des déplacements et des rotations des couronnes par rapport au pignon qui a une position fixe dans le carter. Le dessin 4 schématise les conditions arithmétiques à remplir pour que la troisième couronne garde une position fixe dans le carter. Le dessin 5 met en évidence les facteurs permettant de définir la plage de variation de vitesse suivant les positions respectives du pignon et des trois couronnes. Le dessin 6 représente une solution dans laquelle les couronnes sont remplacées par des pignons. Le dessin 7 représente un pignon avec une denture progressive figure (21) et un pignon avec denture comportant une denture principale et une denture intermédiaire. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un premier pignon (1), figures (1) (2) (6) (7) (11) (12) (16) (17) et (21), qui dispose d'une denture à la forme progressive de façon à s'adapter aux différents diamètres primitifs définis pour obtenir le rapport de variation de vitesse recherché. La figure (22) représente un pignon (1) disposant d'une denture principale et d'une denture intermédiaire, cette solution permettant de réduire la progressivité de la denture lorsque les variations de diamètres primitifs deviennent importants. Une première couronne (2), figures (1) (2) (6) (8) (11) (13) (16) et (18), équipée d'une denture intérieure correspondant à la denture extérieure du pignon (1) et d'une denture extérieure définie suivant les mêmes principes que le pignon (1). En plus du mouvement de rotation sur son axe principal, cette couronne peut se déplacer et tourner latéralement pour mettre en concordance sa denture intérieure avec la denture correspondante du pignon (1) - Suivant guides ou cames (6) et (5) figures (1) (2) (3) et (5). -6 Une deuxième couronne (3), figures (1) (2) (6) (9) (11) (14) (16) et (19), équipée d'une denture intérieure correspondant à la denture extérieure de la première couronne (2) et d'une denture extérieure définie suivant les mêmes principes que le pignon (1). En plus du mouvement de rotation sur son axe principal, cette couronne peut se déplacer et tourner latéralement pour mettre en concordance sa denture intérieure avec la denture extérieure correspondante de la couronne (2) - Suivant guides ou cames (7) (6) et (5) figures (1) (2) (3) (4) et (5). Une troisième couronne (4), figures (1) (2) (6) (10) (11) (15) (16) et (20), équipée d'une denture intérieure correspondant à la denture extérieure de la deuxième couronne (3) et pourvue d'une denture extérieure d'un type classique pour récupérer le mouvement de rotation. La figure (11) est un assemblage des figures (12) (13) (14) et (15), sur ces figures sont positionnés les différents rayons primitifs actifs qui définissent le rapport de la transmission dans le cas d'un montage avec un pignon (1) et trois couronnes (2) (3) et (4) et dans la position dessinée. Les figures (16) (17) (18) (19) et (20) représentent une option dans laquelle les couronnes (2) (3) et (4) sont remplacées par des pignons. Il est possible de récupérer le mouvement sur la couronne (4) figure (15) par un pignon (4) figure (20) ou par d'autres moyens classiquement connus non représentés. La figure (3) représente les guidages ou cames qui gèrent les parcours et les déplacements des différentes couronnes (2) suivant (6), (3) suivant (7) et (4) suivant (8). La figure (11) est un assemblage des figures (12) (13) (14) et (15), ces figures représentent les composantes du rapport de transmission qui est défini avec les facteurs Ri; R2G; R3G R4G sur R2P; R3P; R4P pour un pignon et trois couronnes. -7 La figure (16) est un assemblage des figures (17) (18) (19) et (20), ces figures représentent les composantes du rapport de transmission qui est défini avec les facteurs Rl; R2G; R3G; R4G sur R2P; R3P; R4P pour quatre pignons. Dans la forme de réalisation suivant les figures (1) (2) (6) (7) (11) (12) (16) (17) (21) et (22), le pignon (1) est parfaitement équilibré sur son axe de rotation principal. Sa denture est définie suivant la courbure nécessaire à l'obtention de la variation de vitesse attendue. Bien que cette condition ne soit pas une nécessité de fonctionnement mais une préconisation pour faciliter la construction, l'exploitation, l'étanchéité du carter et la récupération du mouvement en sortie, il y a lieu de tout mettre en oeuvre pour tenter de maintenir l'axe principal de la couronne (4) figures (1) (2) (6) (10) (11) (15) (16) et (20) à un emplacement fixe par rapport à l'axe du pignon (1). Pour cela, suivant les figures (6) (7) (8) (9) et (10) du dessin (4), il faut que quelque soit la position des couronnes (2) et (3) dans le carter, que le cumul des longueurs Dl + D2P + D2G + D3P + D3G + D4 soit une constante. Ces valeurs étant définies par l'inclinaison de l'axe de rotation principal de chaque couronne par rapport à l'axe principal du pignon et par les rayons primitifs actifs de cette couronne d'une part, et d'autre part par l'inclinaison des couronnes intermédiaires et leurs rayons primitifs actifs, et enfin par le rayon primitif actif du pignon. La représentation actuelle est simplifiée pour faciliter la compréhension du mécanisme et toutes les courbes sont des arcs de cercle, ceci ne permettant pas de remplir cette condition d'égalité dans toutes les positions des couronnes. Chaque courbe qui relie les rayons primitifs est définie en fonction de cette condition de non déplacement de la couronne (4) d'une part, figures (1) (2) (6) (10) (11) (15) (16) et (20), et en fonction de la variation de vitesse souhaitée d'autre part, en exploitant les éléments définis sur les figures (6) (7) (8) (9) et (10). -8 La couronne (2), figures (1) (2) (6) (8) (11) (13) (16) et (18), est parfaitement équilibrée sur son axe de rotation principal, sa denture intérieure correspond à la denture du pignon (1) et elle vient tourner latéralement suivant un axe de liaison pignon (1), guide ou came (5) figure (2) dans un sens et sur elle-même et de sens opposé suivant l'axe de liaison couronne (2) guide ou came (6). Dans le même temps, la couronne (3), figures (1) (2) (6) (9) (11) (14) (16) et (19), qui est parfaitement équilibrée sur son axe de rotation principal, avec une denture intérieure correspondant à la denture extérieure de la couronne (2), vient tourner latéralement suivant un axe de liaison couronne (4) guide ou came (8) figures (1) et (2) dans un sens et sur elle-même et de sens opposé suivant l'axe de liaison couronne (3) guide ou came (7), les rotations autour des axes pignon (1) guide (5) et couronne (4) guide ou came (8) étant de sens opposés. Dans le cas représenté suivant figures (7) (8) et (9), Dl + D2P + D2G + D3P + D3G + D4 n'étant pas une constante dans toutes les positions des couronnes (2) et (3), la couronne (4) se déplace sur un axe parallèle à l'axe du pignon (1). Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à transformer une vitesse de rotation constante en différentes vitesses de rotation progressives. Sa destination n'est pas limitée et concerne toutes les applications o la variation de vitesse est recherchée. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour faire varier la vitesse d'engrenages parfaitement équilibrés sur leur axe de rotation principal en utilisant des pignons (1) ou (et) couronnes (2) (3) et (4) équipés de dentures à profil variable ou denture composée de dents principales et de dents intermédiaires, un ensemble de deux pièces étant nécessaire pour obtenir une variation de vitesse. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lorsque deux engrenages sont en vis-à-vis, les rayons primitifs d'au moins un engrenage peuvent varier non linéairement par rapport à un déplacement longitudinal sur l'axe de rotation principal, suivant dessins (5) et (6). 3) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait qu'une couronne (2) se déplace et tourne latéralement par rapport à un pignon (1) en suivant un parcours défini par les dentures à profil variable. 4) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait qu'une couronne (3) se déplace et tourne latéralement par rapport à une première couronne (2) en suivant un parcours défini par les dentures à profil variable. 5) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait qu'une troisième couronne (4) se déplace éventuellement par rapport à une deuxième couronne (3) en suivant un parcours défini par les dentures à profil variable. 6) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que ces engrenages peuvent être des pignons (1) ou des couronnes (2) (3) et (4). 7) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que les couronnes (2) (3) et (4) peuvent être remplacées par des chaînes dont les maillons répondraient aux caractéristiques des dentures de couronnes. - 10 8) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le nombre de pignons ou couronnes illimité. 9) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que l'on peut guider les mouvements de déplacement des couronnes à partir de guides ou cames. ) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que l'asservissement peut être assuré par tout moyen connu, hydraulique, pneumatique, électronique, électrique ou (et) élastique. 11) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que la denture qu'elle soit de forme progressive, qu'elle comprenne des dents principales et des dents intermédiaires ou pas, peut être enroulée en spirale sur l'axe de rotation principal. r.8