Brevet FR2897048A1 — publié le 20070810

Mécanisme de traction à démultiplication variable utilisant des poulies en spirale. La présente invention concerne le domaine des appareils utilisant des éléments flexibles de traction comme des câbles, des chaînes ou des courroies. Un problème n'ayant que partiellement été résolu est celui du manque de progressivité au démarrage où des efforts importants sont nécessaires pour la mise en mouvement des parties de ces appareils et des éléments liés. 10 II est connu des systèmes de palans ou de moufles augmentant l'effort de traction en diminuant l'amplitude de la translation dans un rapport constant. Il manque un système de démultiplication variable apportant une progressivité de ces efforts de démarrage en les répartissant pendant la mise en mouvement des parties 15 des appareils. Ce but est atteint par un mécanisme de transmission de traction par éléments flexibles parallèles se déplaçant dans le même sens possédant une poulie où s'enroule un élément flexible mené, reliée mécaniquement à une poulie d'où se déroule un élément 20 flexible menant, avec un rapport variable des vitesses linéaires des éléments flexibles et un point d'ancrage à une référence fixe. Chaque élément flexible a une extrémité fixée à sa poulie respective. Pour améliorer la mise en mouvement des parties desdits appareils, il est judicieux d'avoir une vitesse d'entrée importante, celle de la translation de l'élément flexible menant, et d'obtenir une vitesse de sortie plus faible, celle de la 25 translation de l'élément mené, et donc avec un effort de traction proportionnellement plus grand. Cela entraîne un démarrage en douceur et il convient alors de diminuer progressivement la démultiplication entre ces vitesses pour accélérer le mouvement de sortie. Cela peut être réalisé par une transmission mécanique variable de rotation entre les poulies d'entrée et de sortie, transmission connue en soi, ou par la géométrie de 30 cesdites poulies. En effet, une diminution du rayon instantané de la poulie d'entrée ou une augmentation du rayon instantané de la poulie de sortie engendre le même effet de diminution de la démultiplication et donc l'accélération du mouvement de sortie. Ces variations de rayon instantané peuvent être obtenues par des profils en spirale des poulies, mais également avec des poulies circulaires puisque les éléments flexibles 35 peuvent créer cette spirale en s'y enroulant plus qu'un tour par l'addition successives5 de leurs épaisseurs. Cette définition de poulie en spirale par son profil ou par les épaisseurs successives de son élément flexible qui s'y enroule est similaire à celle décrite dans la demande de brevet français 05 08771 du 26/08/05 non encore publiée. On remarquera qu'une poulie dont le profil est en spirale ne peut opérer au maximum que sur un tour, par opposition à celle dont les épaisseurs successives assurent la variation de rayon qui agit par essence sur plusieurs révolutions La démultiplication entre les vitesses linéaires amène une différence entre traction d'entrée et traction de sortie qui impose un point d'ancrage à une référence fixe où s'applique une réaction équilibrant les efforts d'entrée et de sortie, réaction parallèle à ces derniers et dans le même sens que celui d'entrée dont l'amplitude est moindre. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, le rapport des vitesses linéaires des éléments flexibles atteint au moins une fois la valeur 1, avec un alignement des éléments flexibles d'entrée et de sortie, permettant de transmettre le I mouvement en prise directe avec des poulies n'ayant plus de mouvement de rotation, mais le même mouvement de translation que les éléments flexibles et que l'ensemble du mécanisme. On obtient donc une phase permanente à traction égale à la suite de la phaseNÈàhiable de démultiplication. Comme le mécanisme doit être ancré à une référence fixe pendaht la première phase, il faut donc que cet ancrage soit débrayable ou, plis simplement, réalisé par un appui ou un accrochage A un élément flexible résistant peur encaisser la réaction, mais autorisant un déplabémeltit dans le sens de la translàtioh finale. bans le cas d'une manutention verticale, cette référence est idéalémeht l'extrémité d'un élément flexible de longueur appropriée dont l'autre extréthité est fixée' à la structure supérieure du système de levage. II est judicieux de permettre à cet élément flexible de réaction de conserver cette longueur appropriée par un système de treilillage sous faible tension lié au déplacement du mécanisme pendant la phase en prise directe, et de pouvoir le bloquer pour l'utiliser ensuite en référence fixe. DàhS une forme particulière de réalisation de l'invention, les poulies d'entrée et de sortie sont solidaires sur le même axe de rotation et au moins une des poulies est en spirale par son profil ou par les épaisseurs successives de son élément flexible, c'est-à-dire que son rayon instantané varie uniformément avec sa rotation. Les vitesses de rotation de ces poulies sont donc égales à tout moment et le rapport de démultiplication variable est assuré par la variation de rayon instantané de l'au moins une poulie en spirale. Si la poulie menante est en spirale, l'élément flexible menant doit être fixé au point de rayon minimum et doit se dérouler de la poulie, par contre si la poulie menée est en spirale, l'élément flexible mené alors doit s'enrouler et sa fixation est également au point de rayon minimum. Il est possible d'agencer les deux poulies en spirale, pour une plus grande variation de la démultiplication. Le point d'ancrage à la référence fixe d'un tel mécanisme est alors l'axe commun des poulies. Dans une forme particulière de réalisation, l'une des poulies est doublée d'une poulie identique avec un élément flexible correspondant parallèle et ces deux poulies sont placées symétriquement par rapport à la troisième poulie. Cette disposition entraîne un équilibre en flexion de l'axe commun, avec deux éléments flexibles parallèles de part et d'autre du troisième élément flexible. Idéalement, ce sont les éléments menés qui sont doublés car ils sont davantage sollicités du fait de la démultiplication. L'ancrage de l'axe commun est alors facilité car ne requerrant qu'une immobilisation de celui-ci dans la direction commune des éléments flexibles et dans le sens opposé à l'effort menant, de part et d'autre de l'ensemble rigide des trois poulies. Cela est facilement réalisé par un double appui de part et d'autre de cet axe, ou par une double fixation aux extrémités de deux éléments flexibles de longueur appropriée dont les autres extrémités sont fixés à une référence fixe, qui peut être à la structure supérieure du système de levage dans le cas d'une manutention verticale. Dans une forme particulière de réalisation, la valeur 1 de la démultiplication est atteinte avec les trois éléments flexibles dans le même plan. Avec trois poû ies solidaires en rotation, cette démultiplication de 1 se réalise lorsque les rayons instantanés ont la même valeur, valeur obtenue soit par les profils des poulies, soit par les épaisseurs successives des éléments flexibles. On obtient alors un alignement des trois éléments flexibles avec idéalement les éléments menés symétriques par rapport à l'élément menant, dans une disposition parfaitement équilibrée. La phase permanente en prise directe s'opère avec le bloc des trois poulies en translation commune avec les trois éléments flexibles. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés qui représentent une forme particulière de réalisation de l'invention. Les figures représentent un ensemble de trois poulies en spirale, une grande poulie menante 1, encadrée par deux petites poulies menées 2 et 3 identiques et symétriques par rapport à la première. Ces trois poulies sont montées solidaires en rotation sur l'axe 4 et porte deux éléments flexibles menés 5 et 6 fixés respectivement au plus petit rayon des poulies menées et un élément flexible menant 7 fixé au plus petit rayon de la poulie menante. L'invention est représentée dans le cas d'une manutention verticale avec les points d'ancrage aux extrémités de l'axe 4 fixés à des éléments flexibles de longueur appropriée attachés à la structure supérieure non représentée du système de levage. Ces références fixes sont symbolisées par leurs réactions sous la forme des flèches 8 et 9. La figure 1 décrit la position de départ de la phase variable avec la démultiplication maximale. Toutes les poulies ont un rapport de 2,5 entre rayon maxi et rayon mini et l'effort de levage est donc au départ 6,25 fois plus faible, le carré de 2,5. Pour utiliser au mieux la rotation de ces poulies sur la totalité d'un,tour de révolution, le rayon minimum de la grande poulie a la même valeur que le rayon maximum des petites poulies, ce qui donne une réduction de 1 à la fin d'un tour complet . La charge à soulever, par exemple 50 kg, se répartit eh deux efforts égaux de 25 kg le long des éléments 5 et 6 et s'équilibrent en couple de rotation avec une traction de 8 kg sur l'élément 7. Les réactions prennent alors les valeurs de 21 kg portées par 8 et 9. Les poulies vont alors tourner dans le sens horaire et le traction va alors augmenter pour atteindre la valeur de la charge à soulever après un tour de rotation. On obtient alors la position représentée par la figure 2 avec une traction de 50 kg le long de l'élément 7, équilibrant la charge, les réactions de la référence fixe deviennent nulles et l'ensemble poulies-axe est donc libre de se déplacer en prise directe vers le haut avec une translation de l'ensemble du mécanisme. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, un dispositif permet de revenir de la position en prise directe à une position démultipliée sans déplacement de l'élément flexible mené. Au cours du fonctionnement en prise directe, l'ancrage doit être désactivé pour permettre la translation de l'ensemble du mécanisme. Pour revenir à une position démultipliée, il est nécessaire de réactiver ledit ancrage à une nouvelle position de référence. Cela peut être réalisé par tout système connu en soi ou comme décrit précédemment, par une référence constituée par l'extrémité d'un élément flexible de longueur appropriée fixé à une partie fixe, ou à la structure supérieure du système de levage dans le cas d'une manutention verticale. Pour rendre possible la rotation interne des poulie S avec l'élément flexible mené immobile, il faut soulager l'élément flexible menant qui fournissait l'intégralité de la traction pour permettre au point d'ancrage d'encaisser un effort de réaction croissant. Le mécanisme va donc se déplacer dans le sens de la traction menante et de la force de réaction et une cinématique appropriée entre les poulies et le point d'ancrage doit assurer l'immobilité de l'élément flexible menée. Le point d'ancrage doit donc se déplacer par rapport à la référence fixe de telle sorte que l'élément mené reste immobile. La cinématique qui assure les mouvements relatifs est identique à chaque redémarrage et peut être réalisée par une transmission mécanique variable utilisant des engrenages non circulaires, des poulies non circulaires, par un système géré électroniquement ou par tout autre système connu en soi. Une méthode de réalisation simple peut être effectuée en reliant le point d'ancrage à l'extrémité d'un autre élément flexible qui io s'enroule sur la poulie d'où se déroule l'élément flexible mené, avec inversion du sens du mouvement par un renvoi solidaire de la référence fixe. Le mouvement composé de l'élément flexible mené est donc nul à tout instant, car somme de deux mouvements opposés. Le seul travail à fournir pour cette opération vient des frictions et des inerties, dont reste faible. Il peut être fourni par une source extérieure, ou récupéré en laissant 15 se déplacer l'élément mené sous tension d'une faible distance. Cette opération prend tout son sens en manutention verticale pour u,ne reprise de charge, c'est-à-dire le redémarrage d'un treuillage après un arrêt, phase où les efforts de redémarrage sont les plus importants car toute la chaîne de transmission est restée sous contrainte. Pendant la phase en prise directe suivant un démarrage, l'absence 20 d'effort dans les éléments flexibles de réaction permet à un éventuel système de treuillage sous faible de tension de se repositionner à la position de départ de cette manoeuvre de préparation au redémarrage. Il est bien entendu que d'autres modes de réalisation sont possibles sans sortir du 25 cadre de la protection de la présente invention. 30 35 REVENDICATIONS 1. Mécanisme de transmission de traction par éléments flexibles parallèles et se déplaçant dans le même sens caractérisé en ce qu'il possède une poulie où s'enroule 5 un élément flexible mené reliée mécaniquement à une poulie d'où se déroule un élément flexible menant avec un rapport variable des vitesses linéaires des éléments flexibles et un point d'ancrage à une référence fixe. 2. Mécanisme selon revendication 1 caractérisé en ce que le rapport des vitesses lo linéaires des éléments flexibles atteint au moins une fois la valeur 1, avec un alignement des éléments flexibles d'entrée et de sortie, permettant de transmettre le mouvement en prise directe avec des poulies n'ayant plus de mouvement de rotation, mais le même mouvement de translation que les éléments flexibles et l'ensemble du mécanisme. 15 3. Mécanisme selon revendication 1 caractérisé en ce que les poulies d'entrée et de sortie sont solidaires sur le même axe de rotation et qu'au moins uhe des poulies est en spirale, par soh profil ou par les épaisseurs successives de soh élément flexible. 20 4. Mécanisme selon revendications 1 et 3 caractérisé en ce que l'une des poulies est doublée d'yné poulie identique avec un élément flexible corréspondant parallèle et que ces deux pduiles sont placées symétriquement par rapport à la troisième poulie. 5. Mécahistnè selon les revendications précédentes caractérisé en ce que la valeur 1 25 de la détnultipiication est atteinte avec les 3 éléments flexibles dans le même plan. 6. Mécanisme selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'un dispositif permet de revèhir de la position en prise directe à une position démultipliée sans déplacement de l'élément flexible rnehé