Brevet FR2871541A1 — publié le 20051216

i La présente invention concerne le domaine des machines tournantes nécessitant des redémarrages fréquents. Un problème n'ayant que partiellement été résolu est celui des efforts nécessaires à la mise en vitesse, notamment lors de la phase de démarrage ou de redémarrage, phases au cours desquelles le rapport de réduction entre un arbre d'entrée et un arbre de sortie, habituellement idéal pour un régime permanent, ne convient pas. o II est connu des systèmes de boîte de vitesse, de dérailleur de bicyclette ou de poulie à flasque variable. Ces systèmes ont l'inconvénient d'être complexes ou d'être toujours en fonction, même en régime permanent. Il manque donc un système simple dont le rapport de réduction serait continûment décroissant, et qui, après découplage, ne présenterait plus aucun des organes ayant trait à la variation de vitesse encore en fonction pendant le régime permanent. Ce but est atteint par un système de transmissions composé d'une transmission quelconque de type connu à rapport de vitesses de rotation fixe et d'une seconde transmission utilisant entre autre deux roues dentées à rayon variable et à entraxe constant, offrant un rapport de vitesses variable dont la valeur atteint au moins une fois le rapport fixe précité et possédant des dispositifs d'accouplement temporaires, ou des embrayages, pour permettre la transition entre ces deux transmissions au point de même rapport. Une réalisation apparentée, avec une disposition coaxiale des arbres d'entrée et sortie, est décrite dans la demande de brevet français N 0309582 du 04 août 2003. Les roues dentées à rayons variables et à entraxe constant sont bien connues dans le domaine des pompes, compresseurs et débitmètres. Elles présentent des variations croissantes et décroissantes du dit rayon, avec pour conséquence un rapport de vitesses instantané variant dans le même sens que le rayon de la roue menante. Dans le cadre de cette invention, où des vitesses de sortie croissantes sont recherchées, il est judicieux d'opérer dans une plage où le rayon de la roue menante croît, et donc où le rayon de la roue menée décroît. Les courbes primitives de ces roues peuvent être soit dites fermées, soit dites ouvertes. Dans le cas des courbes primitives fermées, les roues peuvent tourner en continu avec un rapport de vitesses croissant puis décroissant. Le cas des courbes primitives ouvertes est celui où l'on veut avoir un rapport de vitesse variant toujours dans le même sens. Les roues ne peuvent alors tourner qu'au maximum un tour si les roues sont planes, où quelques tours si l'une d'elles est en hélice. On remarque que deux portions de spirale logarithmique, c'est-à-dire dont le rayon est une fonction exponentielle de l'angle polaire, satisfont à cette condition, avec comme particularité d'avoir en plus un vecteur vitesse ayant un angle constant avec ledit rayon. ia Il est judicieux d'utiliser les plus longues portions possibles de la courbe primitive pour exploiter au mieux la plage de variation de rapport. Le maximum, pour des roues planes, est la longueur d'une spirale correspondant à un tour complet s'engrenant avec une autre spirale du même type. On a alors l'inconvénient d'une discontinuité, obligeant à un arrêt, mais permettant de is redémarrer au début de la phase de démarrage aussitôt la discontinuité passée. Cette longueur peut être augmentée si l'on utilise une roue non plane, en forme d'hélice, s'engrenant dans une roue plane. Par contre, l'utilisation de roues à courbe primitive fermée permet de se repositionner au point de démarrage sans obligation de marquer l'arrêt. Le réarmement de ces roues, c'est-à-dire le repositionnement dans leur position de départ, doit être examiné en fonction des différents modes de réalisations. La notion de moment de transition, ou point de transition, ou transition au point de même rapport, va maintenant être expliquée plus en détail. Dans la phase de démarrage, la transmission par des roues à rayon variable permet une variation du rapport de vitesse qui augmente pour atteindre la valeur de la transmission à rapport fixe utilisé en régime permanent. A ce moment, dit point de transition, le passage de l'une à l'autre est mécaniquement possible car les vitesses d'entrée et de sortie sont identiques. Le paragraphe qui suit traite des dérivées premières et secondes du rayon des roues par rapport à l'angle polaire du point situé sur leur courbe primitive. Dans un premier cas simple, la variation des rayons des roues peut être parfaitement régulière pour engendrer une variation tout aussi régulière du rapport de réduction. La dérivée première du rayon est alors constante, et sa dérivée seconde est nulle. Mais dans un second cas plus élaboré, la variation du rayon des roues peut aussi être modulée en fonction de leur rotation, afin d'obtenir des vitesses de variation différentes du dit rapport. Cela peut être fonction du couple d'entrée dans le cas où celui-ci est variable. Les formes générales des roues restent des spirales, mais sur lesquelles apparaissent des variations de rayon plus ou moins rapides en fonction de l'angle polaire. Ces variations peuvent également être souhaitées pour satisfaire les efforts à fournir, comme des points de compression sur un système à piston, ou pour obtenir des zones à rapport de vitesses constant, par exemple pour faciliter des changements d'engrènement ou d'accouplement. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la transmission à io rapport fixe est un engrenage à 2 roues à rayon constant et la transmission à rapport variable est un engrenage à 2 roues à rayon variable. Il est connu des transmissions à axes parallèles où ces derniers sont liés par un engrenage avec chacune des roues ayant un rayon fixe et est liée en rotation avec chacun des axes. Le rapport des vitesses est alors le rapport des dits rayons. Il est is possible d'envisager le même montage mais avec des roues à rayons variables et le rapport de réduction est toujours le rapport des rayons instantanés, mais il est alors variable. Ces 4 roues sont guidées en translation et folles en rotation sur 2 axes parallèles à écartement constant et chaque roue est équipée d'un système d'accouplement, ou d'un embrayage, pouvant assurer à la demande la liaison en rotation de cette roue avec son axe. Pendant la phase de démarrage, l'axe d'entrée entraîne la roue variable menante de telle sorte que son rayon de contact augmente. Donc le rayon de contact de la roue variable menée diminue dans le même temps, ce qui entraîne l'axe de sortie avec un rapport de vitesses croissant. Lorsque, au point de transition, ce rapport atteint le rapport entre les roues à rayon constant, les accouplements, ou embrayages, inversent leurs statuts, libérant les roues variables et bloquant les roues à rayon fixe sur leurs axes respectifs. La continuité de la transmission est alors assurée avec ce rapport fixe. Les accouplements ou embrayages cités sont connus en soi et ne seront pas décrits plus avant. Ces accouplements peuvent être des bagues cannelées, des disques à friction ou tout autre système équivalent. De même leurs commandes peuvent être selon le cas des fourchettes, des vérins ou tout autre système connu en soi. La commande peut préférentiellement dépendre du positionnement des roues à rayon variable. Le recours à des embrayages, plutôt qu'aux accouplements prédécrits, est requis si les éléments que l'on s'apprête à lier en rotation n'ont pas les mêmes vitesses de rotation. Le fait d'avoir un système d'accouplement sur chaque roue aide à la compréhension du système et à sa polyvalence. Cependant il peut être judicieux de remplacer celui de la roue variable menée par un système dit de roue libre, c'est-à-dire pouvant tourner librement dans un sens mais pas dans le sens inverse, car la vitesse de rotation de cette roue variable menée reste toujours inférieure ou égale à la vitesse de son axe. De même l'accouplement temporaire de la roue menée à rayon constant n'est pas nécessaire et il est même judicieux de la laisser bloquée sur son axe, entraînant alors l'autre roue à rayon constant à sa vitesse exacte de transition. Dans ce cas de réalisation, le réarmement des roues à rayon variable peut s'effectuer par tout moyen d'action extérieure, comme par exemple un ressort de rappel, car en phase continue, ces deux roues ne sont plus utilisées et elles io sont libres en rotation. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui va suivre, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une forme particulière de réalisation de l'invention. Un axe d'entrée (1) entraîne un axe de sortie (2) parallèle et équidistant par l'intermédiaire de la roue dentée menante à rayon variable (3) et d'une roue dentée menée à rayon variable (4). Ces deux axes sont également reliés par deux roues dentées à rayon constant, présentant un rapport de rayon au choix du concepteur, mais que nous choisirons, dans cette description, égal à 3 en mode multiplicateur, donc avec une roue menante (5) qui est 3 fois plus grande que la roue menée (6). La variation du rapport de vitesses des roues à rayon variable (3, 4) est conçue pour atteindre, en croissant avec le temps, cette même valeur de 3, et cette position est représentée dans le dessin. Toutes les roues sont montées folles en rotation sur leurs axes, mais guidées en translation. Chaque roue est équipée d'un accouplement, ou embrayage, schématisé ici par une flèche oblique et pouvant assurer à la demande la liaison en rotation avec son axe. Le sens de rotation prévoit une augmentation du rayon de contact de la roue variable menante, donc une augmentation du rapport de vitesses des axes. Le démarrage s'effectue avec les roues variables bloquées sur leurs axes et les roues à rayon constant libres. La transmission s'opère donc par les roues à rayon variable avec un rapport qui croît jusqu'à la valeur commune de 3, à un moment dit de transition où les accouplements inversent leurs statuts par un système non représenté, et où la transmission est alors réalisée par les roues à rayon fixe. Comme il a été mentionné plus haut dans la description générale, l'accouplement de la roue (4) peut être remplacé par un système de roue libre, et il est judicieux de bloquer en permanence la roue (6) sur son axe. Dans ce cas, les actions de. transition se limitent donc à libérer la roue (3) de son axe (1) et à lier la roue (5) sur ce même axe (1), au moment de transition, cette roue (5) et cet axe (1) ayant alors la même vitesse. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, les roues montées sur chacun des 2 axes sont solidaires entre elles et forment chacune une double roue avec des distances entre denture calculées de telle façon qu'un déplacement longitudinal relatif fait passer l'engrènement des roues à rayon variable à l'engrènement des roues à rayon constant. Ce déplacement longitudinal peut être un coulissement d'une des doubles roues sur un des deux io arbres qui serait par exemple cannelé, ou par le coulissement de l'ensemble roue-arbre si cette roue et l'arbre sont liés. L'autre double roue est liée à son arbre. Ce déplacement devant être relatif, il peut indifféremment s'appliquer à la double roue menante, ou à la double roue menée. On remarque que les roues à rayon constant tournent pendant la phase de démarrage, mais sans s'engrener et que les roues à rayon variable continuent à tourner pendant le fonctionnement en continu, mais, elles aussi, sans s'engrener. Le déplacement longitudinal est provoqué par une action extérieure déclenchée au moment où les roues à rayon variable ont un rapport de vitesse égal à la valeur de transition, par exemple avec un mécanisme de came et de poussoir ou tout autre système connu en soi. Les dentures des doubles roues sont agencées pour ne pas avoir de décalage au point de translation et peuvent présenter des chanfreins pour faciliter la transition. Pour faciliter le désengrènement et l'engrènement, il est judicieux de concevoir les roues à rayon variable avec une courte zone où les rayons restent constants en fonction de l'angle polaire. Il est même possible, en poursuivant cette idée, de faire légèrement diminuer le rayon de contact de la roue menante afin que l'inertie de la roue menée et du mécanisme suiveur facilite le désengrènement. Dans cette forme de réalisation, le réarmement peut s'effectuer à l'arrêt par le mouvement longitudinal opposé à condition de pouvoir positionner les deux doubles roues dans la position de départ des roues à rayon variable. Ceci est facilité si les roues à rayon constant présentent un rapport de vitesses ayant des valeurs particulières: soit une valeur entière, auquel cas la position de transition revient à chaque tour de la grande roue à rayon constant, soit encore une valeur fractionnaire simple, pour un retour cyclique fréquent des dites positions. Il est également possible de replacer les roues dans la position de démarrage en permettant un mouvement relatif plus important autorisant le désengrènement des deux dentures, ainsi que la libération de l'arbre cannelé cité plus haut. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, l'une des roues à rayon variable a la forme d'une hélice qui s'engrène avec l'autre roue à rayon variable qui est plane. Pour que ces deux roues restent engrenées, il est nécessaire de leur appliquer un mouvement relatif pour compenser le déplacement dû à cette hélice. Cela est réalisé en équipant l'une de ces roues d'au moins un flasque débordant qui va lier les deux roues en translation. II est judicieux de mettre à profit ce mouvement relatif pour effectuer la transition. Il est nécessaire que l'une des roues reste plane pour éviter des collisions de io denture car les vitesses de rotation sont différentes. Comme il a déjà été précisé dans la description, le recours à une roue en hélice permet de dépasser fa limite de un tour de denture utile pour la roue qui possède cette géométrie et cela permet d'augmenter le nombre de tours disponibles pendant la phase de démarrage sur l'un des deux axes, que ce soit l'axe d'entrée ou l'axe de sortie. Pour le réarmement, il est nécessaire de réengrener les roues à la position de transition et de revenir en rotation au point de départ. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, l'une des roues à rayon variable a la forme d'une hélice et pour maintenir l'engrènement avec l'autre roue qui est plane, un dispositif à vis utilise la rotation de la roue en hélice pour leur appliquer un mouvement relatif qui compense le déplacement dû à cette hélice. Il est judicieux de mettre à profit ce mouvement relatif pour effectuer la transition. Une réalisation possible consiste en un mécanisme vis-écrou, de même pas et de même sens que l'hélice, dont une partie est solidaire du bâti fixe et l'autre liée à la roue en hélice et donc capable de lui transmettre un mouvement longitudinal. Ce système vis-écrou doit pouvoir tourner fou en fin de phase de démarrage, par exemple par arrêt du filetage de la vis à la longueur idoine. Le réarmement est ici aussi envisageable par un retour en arrière du mouvement de la double roue et de son mécanisme vis-écrou à partir de la position de transition, ou par le débrayage dudit mécanisme. Il est bien entendu que d'autres modes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre de la protection de la présente invention. 7 REVENDICATIONS 1. Système de transmissions composé d'une transmission quelconque de type connu à rapport de vitesses de rotation fixe pour un fonctionnement en continu, caractérisé par la présence d'une seconde transmission utilisant entre autre deux roues dentées à rayon variable et à entraxe constant, offrant un rapport de vitesses variable dont la valeur atteint au moins une fois le rapport io fixe précité, et de plus caractérisé en ce qu'il possède des mécanismes actionnant des accouplements temporaires, ou des embrayages, pour permettre la transition entre ces deux transmissions au point de même rapport. 2. Système selon revendication 1 caractérisé en ce que la transmission à rapport fixe est un engrenage à 2 roues (5, 6) à rayon constant, en ce que la transmission à rapport variable est un engrenage à 2 roues (3, 4) à rayon variable, en ce que ces paires de roues sont guidées en translation et folles en rotation sur 2 axes (1, 2) parallèles à écartement constant et en ce que des systèmes d'accouplement temporaires, ou d'embrayage, assurent la liaison ou la libération en rotation des roues (3, 4, 5, 6) sur les dits axes (1, 2) au point de transition. 3. Système selon revendication 2 caractérisé en ce que les roues montées sur chacun des 2 axes sont solidaires entre elles et que la transition est obtenue par un mécanisme provoquant un mouvement longitudinal relatif assurant l'engrènement des roues à rayon constant et le désengrènement des roues à rayon variable. 4. Système selon revendication 3 caractérisé en ce que l'une des roues à rayon variable a la forme d'une hélice, en ce que l'une des roues à rayon variable possède au moins un flasque débordant assurant le guidage longitudinal relatif entre les dites roues à rayon variable et en ce que ledit guidage provoque le mouvement longitudinal relatif assurant la transition. 5. Système selon revendication 3 caractérisé en ce que l'une des roues à rayon variable a la forme d'une hélice, en ce qu'un système à vis assure le guidage longitudinal relatif entre les dites roues à rayon variable et en ce que ledit guidage provoque le mouvement longitudinal relatif assurant la transition.