Brevet FR2866404A1 — publié le 20050819

L'invention concerne un système de transmission de puissance multirapports comportant un engrenage plat présentant sur l'une de ses faces au moins deux couronnes de dentures, séparées et concentriques à un axe de rotation X, la couronne radialement intérieure ayant un nombre de dents égal à N1 et définissant un chemin de roulement de rayon R1 et la couronne radialement extérieure ayant un nombre de dents N2 supérieur à N1 et définissant un chemin de roulement de rayon R2 supérieur à R1, un pignon droit monté sur un arbre ayant un axe de rotation Y perpendiculaire à l'axe X et susceptible d'engrener avec l'une ou l'autre desdites couronnes et des moyens pour déplacer ledit pignon d'un chemin de roulement à l'autre afin de changer le rapport de transmission. Les boîtes de vitesse comportent en général plusieurs engrenages droits, et elles sont d'autant plus lourdes et volumineuses que le nombre de rapports est élevé, ce qui complique l'implantation de ces boîtes sur les appareils qui en sont équipés. Sur les bicyclettes, la transmission est réalisée par une chaîne entraînée par un plateau de pédalier et entraînant un pignon de roue. Pour obtenir plusieurs rapports de transmission, la roue est équipée d'une pluralité de pignons et le pédalier peut comporter plusieurs plateaux. Le changement de rapport de vitesse est réalisé par des dispositifs appelés dérailleurs. Du fait de leur poids, encombrement et coût, il ne semble pas que des boites de vitesse à engrenages aient jamais été montées sur des bicyclettes. WO 02/35117 représente l'état de la technique le plus proche de l'invention et montre à la figure 2, un disque plat qui présente, sur l'une de ses faces, trois couronnes concentriques de dentures, définissant trois chemins de roulement possibles pour un pignon droit monté sur un arbre d'axe perpendiculaire à l'axe de rotation du disque. Les couronnes sont séparées l'une de l'autre par un interstice, sauf en deux zones diamétralement opposées où deux dents adjacentes de chacune des couronnes sont raccordées aux dents correspondantes des couronnes adjacentes afin de former entre ces deux ensembles de dents alignées une gorge radiale dans laquelle coulisse une dent du pignon droit lors de son déplacement d'un chemin de roulement à l'autre. On conçoit que si le disque est arrêté, on puisse faire coulisser le pignon sur un arbre à condition de positionner la gorge parallèlement à l'arbre. Par contre, si le 2866404 2 dispositif est en fonctionnement, le coulissement du pignon ne peut être réalisé que pendant l'intervalle de temps très bref durant lequel la gorge commune aux trois couronnes est parallèle à l'arbre sinon le pignon droit se met à cheval sur les dentures suivantes de deux couronnes avec les 5 dégâts qui peuvent en résulter du fait, par construction, que les dents suivantes ne sont pas alignées. En outre, le changement de vitesse étant extrêmement rapide, il va se produire des chocs considérables, obligatoirement encaissés par les dents du pignon et des couronnes. Le but de l'invention est de proposer un système de transmission tel que défini dans l'introduction du présent mémoire, qui pallie les inconvénients mentionnés ci-dessus. Le but est atteint selon l'invention par le fait que le transfert d'un chemin de roulement à l'autre se réalise pendant un intervalle de 15 temps égal à une demi-rotation de l'engrenage plat. Plus précisément, le système de transmission selon l'invention est caractérisé par le fait que l'engrenage plat comporte une troisième couronne de dentures définissant un troisième chemin de roulement sensiblement circulaire dont le rayon R3 est égal à (R2 + R1)/2 et dont le centre est décalé de l'axe X d'une distance d égale à (R2 - R1)/2, cette troisième couronne ayant dans sa partie radialement extérieure, par rapport à l'axe X, des dents communes avec la couronne radialement extérieure et dans sa partie radialement intérieure des dents communes avec la couronne radialement intérieure. Avantageusement, la troisième couronne comporte entre sa partie radialement extérieure et sa partie radialement intérieure des dents permettant une variation progressive du rapport de vitesse. De préférence, l'engrenage plat comporte une pluralité N de couronnes concentriques de dentures définissant N chemin de roulement espacés d'une distance égale à R2 - R1, raccordées deux par deux par N - 1 troisièmes couronnes concentriques. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante fait à titre d'exemple et en référence au dessin dans lequel: la figure 1 montre la face supérieure d'un engrenage plat selon l'invention qui comporte trois couronnes de dentures concentriques d'axe X raccordées par deux couronnes concentriques de dentures dont l'axe est décalé de l'axe X d'une distance égale à la moitié de l'écart entre deux couronnes; la figure 2 est une coupe d'un système de transmission prise selon la ligne II II de la figure 1; la figure 3 est identique à la figure 1 et montre en outre l'excentrique servant à déplacer en va-et-vient le coulisseau qui permet de commander le déplacement du pignon droit sur son arbre afin de changer de rapport de vitesse; la figure 4 montre en développé les rainures formées dans le manchon entourant l'arbre du pignon droit. les figures 5a à 5d montrent les différentes positions occupées par la tige du coulisseau et le manchon lors d'un changement de vitesse commandé par la rotation du manchon. la figure 6 montre un dispositif pour transmettre une puissance entre un arbre menant et un arbre mené coaxial à l'arbre menant au moyen du système de transmission comportant un seul engrenage plat et la figure 7 montre un autre dispositif pour transmettre une puissance entre un arbre menant et un arbre mené parallèle à l'arbre menant au moyen d'un système de transmission comportant deux engrenages plats. La figure 1 montre un engrenage plat 1, constitué par un disque 2 d'axe X, définissant l'axe de rotation d'un arbre traversant le disque 2 en son centre O. Sur la face supérieure 2a du disque 2 sont prévues trois couronnes dentées concentriques, de centre O, référencées, Ci pour la couronne radialement intérieure, Cm pour la couronne médiane et Ce pour la couronne radialement extérieure. Ces trois couronnes définissent des chemins de roulement, centrées en O dont les cercles médians sont référencés respectivement Chi, Chm et Che pour les couronnes Ci, Cm et Ce. Les cercles médians de deux chemins de roulement adjacents sont espacés d'une distance constante 2d, égale à R2 - RI, R2 étant le rayon du cercle médian du chemin de roulement le plus grand et RI étant le rayon du cercle médian du chemin de roulement le plus petit. Ainsi que cela se voit sur la figure 1, les chemins de roulement ont une largeur nettement inférieure à 2d, afin que sur la face supérieure 2866404 4 2a du disque 2, des anneaux plans exempts de denture séparent les chemins de roulement. Les chemins de roulement Chi, Chm et Che sont raccordés entre eux sur la face supérieure 2a, par deux troisièmes chemins de roulement circulaires, référencés Ti et Te, centrés en un point Ot distant du centre O d'une distance égale à d, c'est-à-dire égale à (R2 - R1)/2. Le troisième chemin de roulement intérieur Ti raccorde le chemin de roulement intérieur Ci au chemin de roulement médian Cm, et son cercle médian Cti à un rayon égal à (R2 + Ri)/2. Le troisième chemin de roulement extérieur Te raccorde le chemin de roulement médian Cm au chemin de roulement extérieur Ce, et son cercle médian Cte a un rayon égal à (R2 + Rl)/2, c'est-à-dire égal à la moitié de la somme des cerces médians Chm et Che. Ces troisièmes chemins de roulement Ti et Te se présentent 15 également sous la forme de couronnes dentées centrées en Ot, et dont les dents sont orientées vers le centre O. Les dents des chemins de roulement Ci, Cm et Ce sont orientées vers le centre. Ces dents sont taillées de telle manière qu'elles puissent engrener avec les dents d'un pignon droit 10 tournant autour d'un axe Y perpendiculaire à l'axe X. Le chemin de roulement intérieur Ci a moins de dents que le chemin de roulement médian Cm qui a lui-même moins de dents que le chemin de roulement extérieur Ce. On conçoit ainsi que le rapport de vitesse entre le nombre de tours autour de l'axe X du disque 2 et le nombre de tours du pignon droit 10 autour de l'axe Y varie selon le chemin de roulement ou piste avec lequel engrène le pignon droit, lors du fonctionnement du système. La largeur des troisièmes chemins de roulement Ti et Te est de préférence égale à celle des chemins de roulement Ci, Cm et Ce. Le troisième chemin de roulement intérieur Ti présente une partie radialement intérieure 11, qui est à cheval sur le chemin de roulement intérieur Ci. Dans cette zone, les dents taillées dans le troisième chemin de roulement Ti sont dans le prolongement des dents correspondantes du chemin de roulement intérieur Ci. Le troisième chemin de roulement intérieur Ti présente une partie radialement extérieure 12 qui est à cheval sur le chemin de roulement médian Cm. Dans ces régions, les dents taillées dans le troisième chemin de roulement intérieur Ti sont dans le prolongement des dents correspondantes du chemin de roulement médian Cm. Dans la zone 13 du troisième chemin de roulement Ti, reliant la partie radialement intérieure 11 à la partie radialement extérieure 12, les dents de ce troisième chemin de roulement Ti sont dirigées vers le centre O et sont taillées de manière à permettre une variation progressive du rapport de vitesse, lorsque le pignon droit 10 emprunte cette zone 13, entre les rapports obtenus lorsqu'il roule sur le chemin de roulement intérieur Ci et le chemin de roulement médian Cm. Le troisième chemin de roulement extérieur Te a une configuration générale semblable à celle du troisième chemin de roulement intérieur Ti. Il comporte également une zone radialement intérieure 11 où les dents sont communes avec celles du chemin de roulement médian Cm, une zone radialement extérieure 12 où les dents sont communes avec celles du chemin de roulement extérieur Ce, et une zone intermédiaire 13 située en- dehors des chemins de roulement Cm et Ce dans laquelle les dents sont taillées de manière à permettre une variation progressive du rapport de vitesse. Le disque 2 avec ses dentures peut être réalisé en tout matériau rigide, soit par usinage, soit par moulage sous pression selon les applications. Il peut être notamment réalisé par injection d'une matrice plastique thermodurcissable. Le nombre de chemins de roulement peut évidemment être différent de 3, selon le nombre de rapports de vitesses souhaité. Ce qui compte surtout c'est que la forme des dents des différentes pistes permette un engrènement normal avec le même pignon droit 10. La figure 2 montre un dispositif de changement de vitesse utilisant l'engrenage plat 1 décrit ci-dessus. Ce dispositif comporte un carter de boîtier 20, sur lequel sont montés tourillonnant un arbre menant ou mené 21 d'axe X solidaire du disque 2, et un deuxième arbre mené ou menant 22, d'axe Y perpendiculaire à l'axe X. Le deuxième arbre 22 s'étend pratiquement jusqu'à l'arbre 21, et sa portion interne 23 située au-dessus du disque 2 comporte des cannelures, pour permettre le déplacement selon l'axe Y du pignon droit 10 dont l'alésage interne présente des nervures coopérant avec les cannelures de l'arbre. Le pignon droit 10 est retenu axialement sur l'arbre 22 au moyen d'une fourchette 24 solidaire d'un manchon 25 entourant la partie 5 interne de l'arbre 22. Ce manchon 25 est mobile en rotation autour de l'axe Y et en translation sur l'arbre 22, afin de permettre le positionnement du pignon droit 10 sur l'un des chemins de roulement Ci, Cm et Ce et son transfert d'une piste à l'autre par roulement sur l'un des troisièmes chemins de roulement Ti et Te. Le disque 2 est équipé d'un excentrique qui déplace dans une direction radiale par rapport à l'axe X un coulisseau 31 guidé par une rainure radiale 32 ménagée dans le carter 20. L'excentrique est constitué par un disque 33 disposé sous le disque 2 et décentré de l'axe X d'une distance d. L'axe du disque 33 est concentrique aux troisièmes chemins de roulement Ti et Te. Une bielle 34 dont la tête 35 entoure le disque 33, entraîne le coulisseau 32 en va-et-vient dans la rainure 32 sur une distance 2d, qui correspond à l'écart entre deux cercles médians Chi, Chm et Che des chemins de roulement Ci, Cm et Ce. La rainure 32 est disposée à l'extérieur du cylindre géométrique d'axe X entourant le disque 2 et endessous de l'arbre 22. Un exemple de configuration de la bielle 34 est montré sur la figure 3, ainsi que les positions extrêmes du coulisseau 31 dans la rainure 32. Le coulisseau 31 comporte une tige 35 dirigée vers l'arbre 22 et dont l'extrémité libre loge dans une rainure parmi plusieurs rainures parallèles à l'axe Y et ménagées dans la paroi du manchon 25. Comme on le voit sur la figure 4, la paroi du manchon 25 comporte trois rainures axiales 40a, 40b, 40c, parallèles à l'axe Y, décalées circonférentiellement autour de l'axe Y et axialement dans le sens de l'axe Y, les extrémités de deux rainures adjacentes 40a et 40b, 40b et 40c, étant raccordées par des rainures circonférentielles 41a et 41b dont les bords 42 et 43 peuvent coopérer avec l'extrémité de la tige 35 pour déplacer axialement le manchon 25 d'une distance 2d dans un sens ou dans l'autre afin de changer le chemin de roulement Ci, Cm, Ce du pignon droit 10, ce pignon roulant sur une portion d'un troisième chemin de roulement Ti, Te pendant ce déplacement. Sur la figure 4 et sur la figure 5a, l'extrémité de la tige 35 est positionnée dans la rainure axiale de gauche 40a. La longueur de cette rainure 40a est égale à la distance 2d augmentée du diamètre de la tige 35. Lors du mouvement de va-et-vient du coulisseau 31, par suite de la rotation du disque 2 autour de l'axe X, l'extrémité de la tige 35 coulisse dans la rainure 40a entre son extrémité gauche 42 et le bord droit 43 de la rainure circonférentielle 41a. Dans cette situation le manchon 25 est immobilisé autour de l'arbre 22 d'axe Y, et le pignon droit roule sur le chemin de roulement extérieur Ce. Les figures 5a à 5d montrent la manière de déplacer le pignon droit 10 du chemin de roulement extérieur Ce vers le chemin de roulement médian Cm en empruntant le troisième chemin de roulement extérieur Ti. Si la tige 35 est en butée contre la paroi de droite 43 de la rainure périphérique comme on le voit sur la figure 5a, et si on fait pivoter le manchon 25 autour de l'axe X dans le sens de la flèche F, l'extrémité de la tige 35 vient se positionner contre la paroi de gauche 42 de la rainure circonférentielle 41a. Le mouvement de retour de la tige 35 vers l'autre position extrême va entraîner le déplacement du manchon 25 vers la gauche et le roulement du pignon droit sur la moitié du parcours du troisième chemin de roulement extérieur Te. Ensuite l'extrémité de la tige 35 se déplace en va-et-vient dans la rainure axiale 40b, et le pignon droit 10 engrène avec le chemin de roulement médian Cm. Si de nouveau on fait pivoter le manchon dans le même sens lorsque la tige 35 est en appui contre la paroi droite 43 de la rainure périphérique 41b, le manchon 25 se déplacera de nouveau vers la gauche d'une distance 2d lors d'un demi-tour de rotation du disque 2, et le pignon droit 10 roulera sur le chemin de roulement intérieur Ci. Pour déplacer le pignon droit d'un chemin de roulement de petit diamètre vers un chemin de roulement de plus grand diamètre, on fait pivoter le manchon 25 dans le sens inverse lorsque l'extrémité de la tige 35 est en butée contre la paroi gauche 42 d'une rainure périphérique 41b ou 41a. La figure 6 montre un système de transmission qui comporte un seul engrenage plat 1 associé à deux arbres 22 et 22' diamétralement opposés et portant chacun un pignon droit 10, 10', un manchon 25, 25'. La rotation de l'un ou l'autre des manchons entraîne le déplacement du 2866404 8 pignon droit correspondant par une tige 35, 35' actionnée par une bielle 34, 34'. Avec trois chemins de roulements Ce, Cm et Ci, on obtient 7 rapports de vitesse, l'un de ces rapports, égal à 1, étant obtenu par la coopération des pignons 10 et 10' avec le même chemin de roulement. L'un des arbres 22, 22' est menant, l'autre est mené, et les deux arbres tournent dans des sens opposés, par rapport à l'axe commun Y. La figure 7 montre un autre système de transmission, comportant deux engrenages plats 1 et 1' coplanaires. Les pignons 10 et 10' sont montés sur le même arbre d'axe Y 22, les arbres 21 et 21' des disques 2 et 2' tournent dans des sens opposés. L'un de ces arbres est menant et l'autre est mené. Ici aussi on obtient 7 rapports de vitesse. Dans les exemples décrits ci-dessus, l'axe Y de l'arbre 22 coupe l'axe de rotation X du disque 2. Il est évident que l'axe Y peut être déporté par rapport à l'axe X. Dans ce cas, les dents des chemins de roulement Ci, Cm et Ce et les dents des chemins de roulement Ti et Te ne sont pas orientées vers le centre O, mais sont taillées de telle manière que les dents qui engrènent avec le pignon 10 soient orientées dans la direction de l'axe Y. En outre, sur l'arbre 21 du disque 2, montré sur les figures 2, 6 et 7, on peut monter fou un disque supplémentaire, identique au disque 2, dont les dents, situées sur sa face inférieure, engrènent avec les dents supérieures du pignon 10, et qui, grâce à un palier de support porté par le bâti 20, permet de compenser les efforts verticaux exercés sur le pignon 10, lors de la transmission du couple entre l'arbre 21 et l'arbre 22. Ce disque supplémentaire tourne autour de l'axe X dans un sens opposé à celui du disque 2, mais il permet d'avoir un meilleur équilibre des forces en présence et il permet ainsi d'augmenter la puissance transmissible. REVENDICATIONS 1. Système de transmission de puissance multirapports comportant un engrenage plat présentant sur l'une de ses faces au moins deux couronnes de dentures (Ci, Cm, Ce), séparées et concentriques à un axe de rotation X, la couronne radialement intérieure ayant un nombre de dents égal à N1 et définissant un chemin de roulement de rayon RI et la couronne radialement extérieure ayant un nombre de dents N2 supérieur à N1 et définissant un chemin de roulement de rayon R2 supérieur à R1, un pignon droit (10) monté sur un arbre (22) ayant un axe de rotation Y perpendiculaire à l'axe X et susceptible d'engrener avec l'une ou l'autre desdites couronnes et des moyens pour déplacer ledit pignon (10) d'un chemin de roulement à l'autre afin de changer le rapport de transmission, caractérisé par le fait que l'engrenage plat comporte une troisième couronne (Te, Ti) de dentures définissant un troisième chemin de roulement sensiblement circulaire dont le rayon R3 est égal à (R2 + R1)/2 et dont le centre est décalé de l'axe X d'une distance d égale à (R2 - Ri) /2, cette troisième couronne ayant dans sa partie radialement extérieure (11), par rapport à l'axe X, des dents communes avec la couronne radialement extérieure et dans sa partie radialement intérieure (12) des dents communes avec la couronne radialement intérieure. 2. Système selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la troisième couronne (Ti, Te) comporte entre sa partie radialement externe (11) et sa partie radialement interne (12) des dents permettant une variation progressive du rapport de vitesse. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'engrenage plat comporte une pluralité N de couronnes concentriques de dentures définissant N chemins de roulement espacés d'une distance égale à R2 - R1, raccordées deux par deux par N - 1 troisièmes couronnes concentriques. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le pignon droit (10) est monté coulissant sur un arbre (22) à cannelures, axialement fixe, ledit pignon étant déplacé par un dispositif mécanique de changement de vitesse. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le 35 dispositif mécanique de changement de vitesse comporte un excentrique (33, 34) solidaire de l'engrenage plat (1) et décalé radialement par rapport 2866404 10 à l'axe X d'une distance égale à (R2 - Rl)/2, un coulisseau (31) guidé par une glissière (32) radiale prévue sur un carter du support de l'engrenage plat et entraîné par ledit excentrique (33, 34) sur une distance égale à (R2 - R1) et un organe de commande du coulissement du pignon droit (10) susceptible d'être actionné par ledit coulisseau (31). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'organe de commande du coulissement du pignon droit comporte une fourchette (24) à cheval sur le pignon droit (10), qui est solidaire d'un manchon (25) entourant l'arbre (22), ledit manchon comportant au moins deux rainures parallèles (40a, 40b, 40c) à l'axe Y dans chacune desquelles peut coulisser l'extrémité d'une tige (35) solidaire du coulisseau (31), lesdites rainures (40a, 40b, 40c) étant décalées circonférentiellement autour de l'axe Y, et axialement d'une distance égale à R2 - R1, lesdites rainures étant raccordées à leur extrémités voisines par une rainure circonférentielle (41a, 41b) dont les bords (42, 43) peuvent coopérer avec ladite tige (35) pour assurer le déplacement axial dudit manchon (25) d'une distance (R2 - R1), le changement de vitesse étant commandé par la rotation dudit manchon (35) lorsque ladite tige est positionnée dans une rainure circonférentielle (41a, 41b). 7. Système de transmission selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte deux pignons droits (10, 10') montés chacun de manière coulissante sur un arbre à cannelures (22, 22') et associés chacun à un dispositif de changement de vitesse, l'un des arbres étant menant et le deuxième arbre étant mené. 8. Système de transmission selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte deux engrenages plats (1, 1') coplanaires, et les pignons plats (10, 10') sont montés coulissant sur le même arbre (22) à cannelures, chaque pignon étant associé à un dispositif de changement de vitesse, l'un des engrenages plats étant menant et l'autre engrenage plat étant mené.