Brevet FR2961571A1 — publié le 20111223

COURROIE TRAPEZOIDALE COMPOSITE L'invention appartient au domaine des courroies de transmission. Plus particulièrement l'invention concerne une courroie destinée à être utilisée comme élément de transmission dans un variateur continu à courroie. Les variateurs de vitesse continus à courroie sont connus de l'art antérieur. Ce type de variateur est constitué de deux poulies comprenant des flasques tronconiques placés face à face par leur petite base et rendus mobiles l'un par rapport à l'autre sur leur axe commun, une courroie trapézoïdale passant dans la gorge ainsi formée. Le déplacement des flasques fait varier le diamètre d'entrainement des poulies, et, la courroie étant de longueur fixe, le rapport de la transmission entre la poulie menante et la poulie menée. Le rapport de transmission peut ainsi être varié de manière continue et le dispositif peut avantageusement être utilisé pour créer une transmission à variation continue (ou CVT) pour un véhicule, en lieu et place ou en complément d'une boîte de vitesses. Les courroies trapézoïdales « classiques » en élastomère armé ne sont pas performantes pour des applications exigeantes en terme de puissance à transmettre et susceptibles de travailler à faible vitesse. Leur épaisseur crée dans les courroies des contraintes importantes au moment de l'enroulement dans les gorges des poulies. Leur faible rigidité transversale les rend susceptibles à l'écrasement lors du rapprochement des flasques. Ces phénomènes induisent perte de rendement et usure rapide de la courroie. Pour résoudre ces difficultés, il est connu de cranter lesdites courroies pour leur procurer de la souplesse, ou d'utiliser des courroies plates sur lesquelles sont fixés des cavaliers métalliques trapézoïdaux, aptes à résister aux pressions des flasques. Toutefois la présence de ces crantages ou de ces cavaliers produit un sifflement désagréable lorsque qu'ils passent dans les gorges des poulies, ce sifflement se produisant selon une fréquence fondamentale égale à la vitesse linéaire de la courroie divisée par le pas des crans ou des cavaliers. Par ailleurs, les cavaliers métalliques nécessitent que le contact de la courroie dans la gorge de la poulie soit lubrifié, et le faible coefficient de frottement qui en résulte à l'interface poulie-courroie implique l'utilisation d'efforts de plaquage élevés pour transmettre la puissance motrice, les flasques des poulies étant alors déplacés par des moyens hydrauliques. En conséquence, le coût d'une telle transmission de type CVT à courroie métallique est très élevé, ajoute de la masse au véhicule et produit des désagréments acoustiques pour les passagers. Les transmissions CVT présentant un réel intérêt notamment pour les petits véhicules et pour les hybrides, il existe un besoin pour une transmission à variation continue, adaptée à la puissance d'une automobile et ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur. A cette fin l'invention propose une courroie de transmission trapézoïdale crantée caractérisée en ce que le pas de crantage, dit crantage trapézoïdal ; est variable sur la longueur de la courroie. Ainsi la courroie présente, du fait du crantage trapézoïdal, une flexibilité suffisante pour s'enrouler dans les gorges des poulies sans subir de contraintes excessives, mais, le pas des crans trapézoïdaux étant variable, la courroie ne produit pas de sifflement. L'invention peut être mise en oeuvre selon les modes de réalisation 25 avantageux exposés ci-après, lesquels peuvent être considérés individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, la courroie comprend deux longueurs de crans trapézoïdaux distribués selon des séquences aléatoires sur la longueur de la courroie. Cette caractéristique, n'utilisant que deux pas de crantage trapézoïdal permet de simplifier la fabrication de la courroie. Selon un mode de réalisation préféré, permettant la fabrication la plus économique, la courroie trapézoïdale crantée est constituée d'une courroie plate crantée, dont les crans sont à pas fixe, et d'une pluralité de cavaliers trapézoïdaux individuellement solidaires de ladite courroie plate sur chacun de ses crans de la courroie plate crantée. Toujours selon ce mode de réalisation préféré, la liaison de chaque cavalier à la courroie plate comprend une aiguille sertie dans le cavalier et disposée selon la largeur de la courroie. Cette configuration offre deux avantages supplémentaires : - Elle confère au cavalier une certaine latitude d'articulation sur la courroie, et ainsi en facilite l'enroulement sur les poulies. - L'aiguille, préférentiellement métallique, procure à l'ensemble 15 courroie et cavalier une rigidité transversale apte à soutenir la pression des flasques sans écrasement. Avantageusement, la courroie comprend des cavaliers de deux longueurs différentes, qui par leur répartition permettent de modifier le pas du crantage trapézoïdal. 20 Selon un mode préféré de réalisation, la courroie comprend des cavaliers, dits de type A, de longueur supérieure au pas de crantage de la courroie plate et des cavaliers, dits de type B, de longueur inférieure au pas de crantage de la courroie plate, l'addition de la longueur d'un cavalier de type A et de la longueur d'un cavalier de type B étant égale à deux fois le pas 25 de crantage de la courroie plate. Avantageusement, les cavaliers sont associés par paires A-B ou B-A sur la longueur de la courroie. Préférentiellement, la courroie plate est constituée d'un élastomère armé. L'invention concerne également un variateur à courroie comprenant une courroie trapézoïdale selon l'un quelconque des modes de réalisation exposés ci-avant. Avantageusement, un tel variateur de vitesse peut être utilisé pour constituer une CVT d'un véhicule automobile. L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et des figures 1 à 5, dans lesquelles : - la figurel relative à l'art antérieur représente en vue de profil un variateur de vitesse à courroie trapézoïdale ; - la figure 2 illustre en vue de face et en coupe longitudinale une courroie trapézoïdale selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3 et 4 montre, en vue de face et en coupe longitudinale des cavaliers selon un exemple de réalisation de l'invention ; - et la figure 5 présente une vue de profil et en coupe transversale une courroie trapézoïdal selon un mode de réalisation de l'invention lors de son passage dans la gorge d'une poulie. Figure 1, selon un mode de réalisation connu de l'art antérieur un variateur de vitesse à courroie, comprend un arbre (100) menant, entraîné en rotation par des moyens appropriés, et un arbre mené (200), auquel l'arbre menant transmet sa puissance par l'intermédiaire d'une courroie de transmission (110). A cette fin, chacun des arbres (100, 200) est lié en rotation à une poulie laquelle comprend deux flasques tronconiques (101, 102, 201, 202) susceptibles de se déplacer l'un par rapport l'autre selon une translation parallèle à l'axe de l'arbre auquel ils sont liés. Ainsi, lorsque les flasques (101, 102) sont éloignés l'un de l'autre, le rayon R1 d'enroulement de la courroie, dont la largeur est fixe, est plus faible que le rayon 4 d'enroulement R2 de celle-ci lorsque les deux flasques (201, 202) sont rapprochés. La raison de la transmission est donnée par le rapport des rayons d'enroulement de la poulie menante et de la poulie menée, soit, dans le cas de la figure 1, le rapport R1/R2 , le sens de rotation étant conservé. La courroie (110) étant de longueur fixe, la somme des rayons d'enroulement est constante, de sorte qu'un rapprochement des flasques (101, 102) sur l'arbre menant (100) se traduit nécessairement par un écartement de flasques (201, 202) sur l'arbre mené (200) et vice versa. Le fonctionnement d'un tel variateur de vitesse (1) nécessite une courroie trapézoïdale dont l'angle des flancs correspond sensiblement au demi-angle au sommet des flasques tronconiques. Cette courroie doit ainsi à la fois résister à la traction selon sa longueur pour transmettre la puissance, résister à l'écrasement selon sa largeur pour permettre la manoeuvre de rapprochement des flasques, présenter un coefficient de frottement suffisant avec les flasque pour permettre la transmission du couple moteur de la poulie à la courroie sans patinage, ce coefficient de frottement étant par ailleurs suffisamment faible pour autoriser le glissement de la courroie sur les flasques lors de la manoeuvre de rapprochement ou d'éloignement de ceux-ci, et finalement présenter suffisamment de souplesse pour s'enrouler autour des poulies. . Figures 2 et 5, selon un mode de réalisation de l'invention, la courroie trapézoïdale (10), combine, par assemblage, une courroie plate crantée (11) sur laquelle, en chaque cran (14) est fixé un cavalier (12,13) trapézoïdal. La dite courroie s'étend selon une direction longitudinale (20), laquelle direction décrit en fait un cercle. Le pas `p', selon cette direction longitudinale, des crans de la courroie plate crantée est fixe sur toute la longueur de la dite courroie, de sorte que la longueur de la courroie, ou le périmètre de l'ellipse qu'elle décrit, est un multiple de ce pas `p'. La courroie plate crantée (11) est prise en étau, niveau de chaque cran (14) entre la partie basse (122) du cavalier qui comprend un logement (123) apte à recevoir ledit cran, et une aiguille (120) laquelle est sertie dans la partie supérieur (121) du cavalier. Les parties inférieures (122) et supérieures (121) du cavalier sont liées entre elles par soudage, collage, sertissage ou toute autre technologie d'assemblage adaptée. Ce mode de liaison donne à chaque cavalier (12, 13) une certaine souplesse d'oscillation autour d'un axe parallèle à l'axe de l'aiguille (120), c'est-à-dire, sensiblement parallèle à la direction transversale de la courroie. Ainsi, la présence de ces cavaliers n'entrave pas l'enroulement de la courroie sur les poulies. La courroie plate crantée peut être réalisée dans un matériau, préférentiellement un élastomère armé par un renfort fibreux longitudinal, très résistant à la traction sans que cette résistance ne nuise à la faculté d'enroulement de la courroie. Le matériau constituant les cavaliers peut être sélectionné pour ses caractéristiques de frottement, et être renforcé transversalement pour résister à la pression des flasques. L'aiguille (120), par sa rigidité, participe également à cette rigidité transversale des cavaliers. Chaque cavalier étant lié par obstacle, grâce au cran, à la courroie crantée (11), il transmet la puissance à la courroie même s'il présente une certaine compressibilité longitudinale. Figures 3 et 4, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, deux groupes (12, 13) de cavaliers sont assemblés sur la courroie plate crantée. Un premier groupe, figure 3, comprend des cavaliers (12, 12'), dits de type A, dont la longueur `IA' est supérieure au pas 'p' de la courroie plate crantée (11). Cette augmentation de la largeur est réalisée de manière dissymétrique par rapport au logement (123) du cran de la courroie plate en élargissant qu'un seul côté (C) du cavalier. Ce cavalier (12) peut être fixé à la courroie plate crantée de sorte que le côté élargi (C) se trouve à l'avant du cavalier dans le sens de déplacement (121) de la courroie, ou, il peut être fixé à ladite courroie de sorte que le côté élargi (C') se trouve à l'arrière du cavalier (12') dans le sens de déplacement de la courroie. Un second groupe, figure 4, de cavaliers (13, 13'), dits de type B, dont la longueur est inférieure au pas `p' de la courroie plate crantée (11). Comme pour le premier groupe, cette réduction de longueur est dissymétrique par rapport au logement (123) du cran de la courroie plate crantée (11) dans le cavalier et celui-ci (13) peut être fixé à ladite courroie, côté réduit à l'avant ou côté réduit à l'arrière (13') dans le sens de déplacement (121) de la courroie. Le même nombre de cavaliers élargis (12, 12') et de cavaliers réduits (13, 13') doit être monté sur la courroie plate (11) et les longueurs desdits cavaliers doivent être en rapport du pas par la relation : IA+IB= 2p de sorte que la longueur totale de la courroie (10) doit être un multiple du double du pas de la courroie plate crantée (11). Les cavaliers de type A et de type B sont associés par paires (12'-13, 13'-12) de sorte qu'accolés l'un à l'autre leur longueur soit égale à deux pas `p' de la courroie crantée plate (11), et ces paires sont alternées de manière aléatoire. Par exemple, si on note X une telle paire comprenant un cavalier (12') élargi à l'arrière (C') et un cavalier (13) réduit à l'avant (C) et Y l'association d'un cavalier (13') réduit à l'arrière (C') et d'un cavalier (12) élargie à l'avant (C), alors un exemple d'alternance de montage est donné ci-après : X-Y-Y-Y-X-X-Y-Y-X-Y-Y-Y-X-X-X-Y-X-Y-Y-X-X-Y-X-Y-Y-Y-X-Y-X-X-X-Y-X-Y-X-Y-X- Y-Y-Y-Y-Y-X-X-Y- X-X-X-X-X Les combinaisons Y-X produisent un pas de cavalier plus grand que le pas `p' de la courroie plate crantée (11). Les combinaisons X-Y produisent un pas de cavalier plus petit que le pas `p' de la courroie plate crantée (11) Finalement, les combinaisons X-X et Y-Y produisent un pas de cavalier égal au pas `p' de la courroie plate crantée (11). Ces variations aléatoires du pas des cavaliers évitent la formation d'un sifflement à la fréquence fondamentale de passage de ceux-ci lors du fonctionnement du variateur de vitesse. Le bruit, sans disparaître, est réparti sur une large plage de fréquences et devient moins perceptible. La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier, elle propose une courroie trapézoïdale apte à transmettre une puissance élevée dans un variateur de vitesse continue, sans produire de phénomènes acoustiques désagréables. Ladite courroie est ainsi particulièrement adaptée à la réalisation d'une transmission à variation continue pour l'automobile.15 REVENDICATIONS1. Courroie de transmission trapézoïdale crantée (10) caractérisée en ce que le pas de crantage, dit crantage trapézoïdal, est variable sur la longueur de la courroie 2. Courroie selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend deux longueurs de crans trapézoïdaux (IA, IB) distribués selon des séquences aléatoires sur la longueur de la courroie (10). 3. Courroie selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une courroie plate crantée (11) dont les crans (14) sont à pas fixe (p) et d'une pluralité de cavaliers trapézoïdaux (12, 13) individuellement solidaires de ladite courroie plate sur chacun de ses crans (14). 4. Courroie (10) selon la revendication 3 caractérisé en ce que la liaison de chaque cavalier (12, 13) à la courroie plate comprend une aiguille (120) sertie dans le cavalier et disposée selon la largeur de la courroie plate. 5. Courroie selon la revendication 3 caractérisée en ce qu'elle comprend des cavaliers (12, 13) de deux longueurs différentes. 6. Courroie selon la revendication 5 caractérisée en ce qu'elle comprend des cavaliers, dits de type A (12, 12'), de longueur (IA) supérieure au pas de crantage (p) de la courroie plate (11) et des cavaliers, dits de type B (13, 13'), de longueur (IB) inférieure au pas de crantage (p) de la courroie plate, l'addition de la longueur d'un cavalier de type A et de la largeur d'un cavalier de type B étant égale à deux fois le pas de crantage de la courroie plate (11). 7. Courroie selon la revendication 6 caractérisée en ce que les cavaliers sont associés par paires A-B ou B-A sur la longueur de la courroie. 8. Courroie selon la revendication 3 caractérisée en ce que la courroie plate (11) est constituée d'un élastomère armé. 9. Variateur à courroie caractérisé en ce qu'il comprend une courroie trapézoïdale (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes 10. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend une transmission à variation continue comprenant un variateur selon la revendication 9.