Brevet FR3057044A1 — publié le 20180406

Engrenage a diamètre variable Domaine d'application L'invention est un engrenage dont le diamètre est variable. C'est aussi une transmission à rapport de démultiplication variable ou une machine munie d'un tel engrenage. Problème posé L'objectif poursuivi par la présente invention est : - en premier lieu de simplifier le travail des personnes utilisant des engrenages, en leur permettant créer de nombreux engrenages de diamètre et nombre de dents différentes à partir d'un même produit, - et en second lieu de permettre la réalisation de transmissions à rapport de démultiplication variable. Art antérieur On connait plusieurs méthodes permettant de réaliser des engrenages à diamètre variables et des transmissions à rapport de démultiplication variable comme par exemple W02014068202 Al, de Franck Guigan [FR] et Janick Simmeray [FR] 8 mai 2014, et WO/2014/125177 de Franck Guigan [FR] 21.08.2014, ainsi que tous les documents cités dans ces documents et leurs rapports de recherche. Aucune des solutions proposées dans ces documents ne permet de réaliser des engrenages qui soient toujours en prise et n'entraînent aucun acyclisme. Description sommaire des dessins L'invention sera bien comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 12 qui représentent toutes des dispositifs ou parties de dispositifs selon l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d'une roue à diamètre variable dans deux configurations. Celle du haut a un diamètre plus faible que celle du bas. La figure 2 est une vue en perspective d'un autre type de roue à diamètre variable, comportant des aubes qui s'écartent plus ou moins de l'axe de rotation 1. De haut en bas, le diamètre de chacune des trois roues est de plus en plus petit parce que les aubes sont de plus en plus repliées. La figure 3 est une vue en perspective d'une roue à diamètre variable selon l'invention, comportant des supports de denture 21 22 et suivants, et une denture 3 fixée par l'une de ses extrémités au support de denture 21, avant qu'elle ne soit entourée autour de la roue à diamètre variable 2. La figure 4 est une vue en perspective du dispositif de la figure 3, la denture 3 étant ici enroulée autour de la roue à diamètre variable 2. 3057044 2 La figure 5 est une série de deux vues en perspective d'une denture 3 selon l'invention, dans deux configurations correspondant à des diamètres différents. A gauche, le diamètre est le plus faible possible, et à droite il est trop important pour que l'engrenage soit complet. La figure 6 est une vue en perspective d'une denture 3 dans un autre mode de réalisation. 5 La figures 7 montre une variante dans laquelle une denture est constituée de maillons, coopérant moyen d'engrainement qui est ici un ensemble de trois plateaux faits chacun pour coopérer avec une chaine. La figure 8 montre des détails de cette variante : le maillon d'une première denture entrainant le moyen d'engrainement par son centre, et celui d'une deuxième denture entrainant le moyen d'engrainement par ses deux plateaux latéraux. 10 La figure 9 montre une variante dans laquelle les dentures coopèrent avec un moyen d'engrainement qui est ici un ensemble de deux courroies crantées jumelées. L'ensemble représenté tourne dans le sens trigonométrique. La figure 10 montre la partie avant de la deuxième denture 302, qui est poussée vers l'avant par ses dents de synchronisation 3021 3022 et suivantes, c'est-à-dire vers la gauche de la figure, lorsqu'elle vient coopérer avec la première 15 denture 301 représentée à la figure 11, qui est munie de dents de synchronisation 3011 3012 et suivantes. La figure 12 montre l'ensemble de deux courroies crantées jumelées, qui sont solidaires l'une de l'autre. Exposé de l'invention L'invention est un engrenage à diamètre variable comprenant : 20 - un arbre d'entraînement 1, - une pluralité de dentures 301, 302 et suivantes le cas échéant composés chacune d'un ensemble d'éléments dits dents d'entraînement 31, 32 et suivants reliés entre eux par des liens permettant une rotation d'un de ces élément par rapport au suivant autour d'un axe sensiblement parallèle audit arbre d'entraînement 1 25 caractérisé par le fait : qu'il comprend un ensemble dit roue à diamètre variable 2 composé d'éléments dits supports de denture 21, 22 et suivants situés à une distance sensiblement constante dudit arbre d'entraînement 1, qu'une denture 301, ou 302 ou suivante est maintenue dans une forme sensiblement 30 circulaire autour dudit arbre d'entraînement 1 par contact avec ladite roue à diamètre variable 2 qu'une denture 301, ou 302 ou suivante est entrainée en rotation par ledit arbre d'entrainement 1 autour de son axe, qu'une denture 301 est décalée par rapport à une autre denture 302 de telle sorte que deux 35 dentures 301 et 302 peuvent se juxtaposer. 3057044 3 Selon d'autres caractéristiques - une denture 301 comporte un moyen de synchronisation de ses dents d'entraînement avec une autre denture 302; - une denture est reliée à l'arbre d'entraînement 1 par une roue libre ; 5 ladite roue libre permet à une denture 302 en approche de son point de contact avec un autre moyen d'engrainement avec lequel elle coopère de tourner plus vite qu'une autre denture 301 déjà en prise avec ledit autre moyen d'engrainement deux denture 301 et une autre denture 302 sont décalées l'une par rapport à l'autre dans une direction parallèle audit arbre d'entraînement 1 ; 10 l'engrenage à diamètre variable comporte un moyen mécanique permettant de déterminer la circonférence de l'engrenage pour qu'elle soit égale à la somme du pas des dents des différentes dentures constituant un tour complet ; lorsqu'une denture 301 coopère de façon synchronisée avec une partie d'un autre moyen d'engrainement, une autre denture 302 coopère de façon synchronisée avec une autre partie 15 dudit autre moyen d'engrainement. ; l'engrenage à diamètre variable comporte un moyen mécanique écartant une denture dudit autre moyen d'engrainement lorsqu'elle ne peut pas coopérer avec ce dernier, c'est-à-dire lorsqu'un décalage en rotation desdites dents d' entrainement de la denture considérée ne leur permettent pas de s'encastrer pas dans les espaces situées entre les dents dudit autre moyen 20 d'engrainement ; - une ou plusieurs dents de ladite première denture sont pointues pour s'encastrer plus facilement entres les dents d'un autre moyen d'engrainement avec lequel il coopère ; le pas entre une ou plusieurs dents de ladite première denture est légèrement différent du pas du reste de cette denture. ; 25 l'engrenage à diamètre variable comporte un moyen de coopération par friction avec une surface de friction 53 d'un autre moyen d'engrainement ; deux transmissions sont assemblées en parallèle et sont toutes les deux munies de roues libres de sens de rotation opposé ; - une machine est munie d'un engrenage à diamètre variable la présente invention ; 30 - une transmission ou un autre dispositif comporte un engrenage à diamètre variable selon la présente invention. Description détaillée de l'invention Comme tous les engrenages, celui selon l'invention comporte un arbre d'entraînement 1, et une denture 3 composé d'un ensemble de dents d'entraînement 31, 32 et suivantes. Pour que le 35 diamètre de l'engrenage puisse varier, il faut que ces dents soient reliées entre elles par des liens 3057044 4 permettant une rotation d'une dent par rapport à la suivante autour d'un axe sensiblement parallèle à l'arbre d'entraînement 1. Cette denture peut être aussi bien une courroie crantée qu'une chaîne ou un pignon de chaine ainsi que tout type d'engrenage classique droit (à dentures droites, hélicoïdales ou à chevron), ou 5 conique ou à vis sans fin. 11 est recommandé cependant de privilégier un dispositif d'engrainement dont le pas ne varie pas avec le diamètre de l'engrenage, comme une chaîne de transmission par exemple. Le dispositif comprend une roue à diamètre variable 3 maintenant la denture 2 dans une forme sensiblement circulaire autour dudit arbre d'entraînement 1 par contact avec ladite roue à 10 diamètre variable 2. On connait différentes sortes de roues à diamètre variable comme celles exposées dans par exemple dans les documents W02014068202 Al et WO/2014/125177 déjà cités. La figure 2 montre une roue à diamètre variable selon W02014068202 Al. Une autre façon très simple de concevoir une telle roue à diamètre variable est illustrée par la figure 1 qui montre une roue conçue comme deux parapluies opposés par le sommet de leur armature, dans 15 deux positions différentes correspondant à des diamètres différents. Pour que la denture 3 ne change pas de pas lors du changement de diamètre de la roue à diamètre variable 2, elle 3 est entrainée en rotation autour de l'arbre d'entraînement 1 par une seule liaison mécanique, par exemple par son extrémité avant ou par son extrémité arrière ou par tout autre point de la denture. Cette liaison mécanique peut être divisée en plusieurs éléments mais ces 20 derniers doivent, par leur disposition, se comporter comme une liaison mécanique unique afin que la denture conserve une forme circulaire qui ait sensiblement le même axe de rotation que l'axe de rotation 1 de la roue à diamètre variable. Ainsi, si la première dent de la denture est synchrone avec les dents d'un autre moyen d'engrainement comme par exemple une chaîne ou une courroie crantée ou un autre engrenage, 25 les suivantes le sont donc aussi obligatoirement. Ceci est illustré par la figure 3 qui montre la première dent 31 de la denture 3 qui est solidaire du support de denture 21 Pour que la denture 3 puisse faire plus d'une fois le tour de la roue à diamètre variable 2, il faut qu'elle soit divisée en au moins deux parties 301 et 302 qui sont décalées latéralement l'une par rapport à l'autre. Ces deux parties de denture 301 et 302 peuvent ainsi se juxtaposer latéralement 30 lorsque l'on diminue le diamètre de l'engrenage à diamètre variable. Avantageusement ce décalage est fait dans une direction parallèle à l'arbre d'entraînement 1, mais d'autres géométries peuvent être conçues par l'homme de l'art pour d'autres types d'engrenages.. Rien ne dit que le pas de la denture 301 et celui de la denture 302 doivent être égaux. Le seul point important est qu'ils correspondent chacun au pas de l'autre moyen d'engrainement avec 35 lequel la denture concernée doit coopérer. 3057044 5 Le dispositif décrit ci-avant fonctionne parfaitement à la condition que la circonférence de l'engrenage soit égale à la somme du pas des dents différentes parties de la denture le composant sur 360°. L'homme de l'art peut prévoir toutes sortes de moyens connus pour que la circonférence soit déterminée soit lors du montage de l'engrenage, soit par un moyen mécanique 5 comme par exemple un rappel élastique contraignant la circonférence à prendre par préférence l'une des dimensions dans laquelle l'engrenage selon l'invention a un nombre entier de dents, de telle sorte que ces dernières coopèrent sans conflit avec celle de l'autre moyen d'engrainement. La transmission formée par l'engrenage selon l'invention et un autre moyen d'engrainement n'est donc pas une transmission à rapport de transmission variable en continu. Le nombre de 10 possibilités est égal à la différence entre le plus petit nombre de dents, lorsque le diamètre de l'engrenage est le plus faible, et le plus grand nombre de dents lorsqu'il est le plus grand. Cela permet un nombre de rapport de transmissions différents très important. Dans un mode perfectionné, il est possible de faire varier le diamètre de l'engrenage en continu lorsqu'il tourne et coopère avec un autre moyen d'engrainement, tout en évitant les conflits entre 15 une denture de l'engrenage à diamètre variable et une partie de denture de l'autre moyen d'engrainement avec lequel il doit coopérer. A cet effet, l'engrenage à diamètre variable comporte un moyen mécanique permettant d'écarter la denture 301 ou 302 de l'engrenage de la denture du moyen d'engrainement avec lequel il coopère lorsqu'elle ne peut pas coopérer avec lui. Une illustration de ceci est donnée par la figure 3 : la seconde denture 302 comporte des tiges 20 301, 302 et suivantes qui s'encastrent dans des gorges 401, 402 et suivantes des dents de la première denture. Lorsqu'une telle tige ne s'encastre dans une telle gorge, les dents ne se situent pas à la même distance de l'axe de rotation 1, et une seule de ces dents peut coopérer avec l'autre moyen d'engrainement, celle qui est la plus proche de lui. Dans la situation où la circonférence de l'engrenage n'est pas égale à la somme du pas des dents 25 des différentes parties de la denture constituant un tour complet, ce sont les dents proches du début de la denture 2 qui seront les premières à ne pas se retrouver en vis-à-vis des dents de la denture qui sont situées dans une denture décalée qui est sur le même plan passant par l'axe de rotation 1, et donc en conflit avec celles du moyen d'engrainement avec lequel l'engrenage coopère. 30 Le moyen de synchronisation précité, comme par exemple un rappel élastique, peut permettre de résoudre rapidement le problème, mais un perfectionnement consiste à ce que les dents les plus proches du début de la denture soient pointues pour limiter les possibilités de conflit entre la tête de ces dents et la tête des dents du moyen d'engrainement. L'homme de l'art a aussi avantage à ce que la forme des tiges 301, 302 et suivantes et celles des gorges 401, 402 et suivantes des 35 dents soient elles aussi pointues de façon à faciliter la synchronisation. 3057044 6 Un perfectionnement supplémentaire consiste à ce que le pas des dents de cette denture situées à l'avant de la denture soit légèrement différent de celui du reste de la denture, pour que, dans le cas où une dent de la denture se retrouve en conflit avec une dent du moyen d'engrainement, ce ne puisse pas être le cas de l'une des dents suivantes et que le problème se retrouve ainsi résolu. 5 Un autre perfectionnement consiste à doter l'engrenage selon l'invention d'un synchro qui sert à synchroniser l'engrenage à diamètre variable avec le moyen d'engrainement avec lequel il coopère. L'engrenage à diamètre variable peut comporter à cet effet un moyen de coopération par friction avec une surface de friction d'un autre moyen d'engrainement avec lequel il est appelé à coopérer (non représenté). 10 Une denture 301 comporte avantageusement une ou plusieurs dents supplémentaire dites dents de synchronisation 3011 3012 et suivantes qui coopèrent non pas avec les dents d'un autre moyen d'engrainement, mais avec une ou plusieurs dents de synchronisation 3021 3022 et suivantes d'une autre denture 302, de telle sorte que la denture 302 qui arrive en approche des dents de l'autre moyen d'engrainement avec lequel elle est appelée à coopérer tourne autour de 15 l'axe de l'arbre d'entraînement 1 pour se synchroniser avec l'autre denture 301 qui est déjà en prise avec cet autre moyen d'engrainement 1. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, la forme de ces dents d'entrainement est telle que ses dents s'avancent sous l'effet de la coopération entre les dents d'entraînement des deux dentures, et une roue libre permet cette avance. La roue libre permet ainsi à une denture 302 en approche 20 de son point de contact avec un autre moyen d'engrainement avec lequel elle coopère de tourner plus vite qu'une autre denture 301 déjà en prise avec ledit autre moyen d'engrainement. Plusieurs méthodes sont proposées pour modifier le diamètre de l'engrenage selon l'invention, comme la force centrifuge qui s'applique à un élément de la roue à diamètre variable 2 choisi par l'homme de l'art, ou un rappel élastique. Ces moyens peuvent être utilisés pour faire varier le 25 rapport de transmission en fonction de la vitesse de rotation mais aussi en fonction du couple exercé en temps réel sur la transmission lorsque la roue à diamètre variable est du type illustré à la figure 2, puisque les aubes de cette roue ont tendance à se fermer ou à s'ouvrir selon le sens du couple qui s'applique à elle. Pour simplifier l'exposé, on a décrit ci-avant la denture comme ayant une première partie 301 et 30 une seconde partie 302. L'homme de l'art peut évidemment doter le dispositif d'autant de parties supplémentaires qu'il le souhaite, en décalant à chaque fois la partie supplémentaire pour qu'elle ne se superpose pas à une partie existante. Cela a l'avantage de permettre une beaucoup plus grande variation de rapports de transmission. Toutes les dispositions de mécanismes de transmission de mouvement décrites dans 35 W02014068202 Al, dans WO/2014/125177 et dans la demande FR2014-00441 du 19 02 2014 - 3057044 7 Système inertiel à vitesse croissante de Franck Guigan [FR] peuvent être mises en oeuvre sans sortir du cadre de la présente invention. On notera en particulier la possibilité d'associer ces engrenages en parallèle ou en série, et de les utiliser dans la construction de trains épicycloïdaux comme ceux décrits dans l'un ou l'autre de ces documents. 5 Une disposition particulièrement avantageuse, non représentée, consiste à faire coopérer une courroie avec deux dispositifs selon l'invention, et à munir chacun d'eux d'un moyen de rappel élastique vers une position dans laquelle la circonférence est la plus élevée afin que la courroie soit toujours tendue. Les arbres de chacun des engrenages selon l'invention sont ainsi fixes et la variation possible du 10 rapport de transmission est plus élevé. Cet ensemble peut être associé en série avec quatre engrenages selon l'invention, avec l'avantage que les arbres d'entrée et de sortie peuvent être alignés. En permettant à l'arbre secondaire du premier ensemble, qui est aussi l'arbre primaire du second ensemble, de tourner, voire en motorisant ou en freinant cette rotation, on obtient des combinaisons très riches dont le fonctionnement se rapproche de celui d'un train épicycloïdal. 15 Applications L'invention s'applique en particulier : a) aux transmissions mécaniques de toutes natures, comme par exemple les palans, les crics, les treuils, les winches, les boites de vitesse et les variateurs continus ou par étages, b) aux réducteurs et réducteurs variables, 20 c) aux régulateurs de vitesse ou de couple y compris les réducteurs variables, d) aux turbines, et donc à la ventilation, e) aux éoliennes et aux hydroliennes, et d'une façon plus générale à la régulation de la rotation des générateurs d'énergie électrique. f) aux broyeurs et concasseurs de minerais et aux mélangeurs, 25 g) aux tapis roulants et ascenseurs, remonte-pentes, téléphériques, etc., h) aux appareils électroménager et à l'outillage, i) aux moulinets de cannes à pêche j) aux engins à pédales, voiturettes et bicyclettes en solo ou en tandem. k) aux jouets, 30 1) et d'une façon générale à tous les cas où un moteur doit, pour rester efficace, s'adapter à la variation du couple résistant. REVENDICATIONS1. Engrenage à diamètre variable comprenant : - un arbre d'entraînement (1) - une pluralité de dentures (301, 302 et suivantes le cas échéant) composés chacune d'un ensemble d'éléments dits dents d'entraînement (31, 32 et suivants) reliés entre eux par des liens permettant une rotation d'un de ces élément par rapport au suivant autour d'un axe sensiblement parallèle audit arbre d'entraînement (1) caractérisé par le fait : - qu'il comprend un ensemble dit roue à diamètre variable (2) composé d'éléments dits supports de denture (21, 22 et suivants) situés à une distance sensiblement constante dudit arbre d'entraînement (1), - qu'une denture (301, ou 302 ou suivante) est maintenue dans une forme sensiblement circulaire autour dudit arbre d'entraînement (1) par contact avec ladite roue à diamètre variable (2) - qu'une denture (301, ou 302 ou suivante) est entrainée en rotation par ledit arbre d' entraînement (1) autour de son axe, - qu'une denture (301) est décalée par rapport à une autre denture (302) de telle sorte que deux dentures (301 et 302) peuvent se juxtaposer. 2. Engrenage à diamètre variable selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'une denture (301) comporte un moyen de synchronisation de ses dents d'entraînement avec une autre denture (302). 3. Engrenage à diamètre variable selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé par le fait qu'une denture (301) est reliée à l'arbre d'entraînement (1) par une roue libre. 4. Engrenage à diamètre variable selon la revendication 3 caractérisé par le fait que ladite roue libre permet à une denture (302) en approche de son point de contact avec un autre moyen d'engrainement avec lequel elle coopère de tourner plus vite qu'une autre denture (301) déjà en prise avec ledit autre moyen d' engrainement. 5. Engrenage à diamètre variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'une denture (301) et une autre denture (302) sont décalées l'une par rapport à l'autre dans une direction parallèle audit arbre d'entraînement (1). 6. Engrenage à diamètre variable selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen mécanique permettant de déterminer la circonférence de l'engrenage pour qu'elle soit égale à la somme du pas des dents des différentes dentures constituant un tour complet. 3057044 9 7. Engrenage à diamètre variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen mécanique écartant une denture dudit autre moyen d'engrainement lorsqu'elle ne peut pas coopérer avec ce dernier, c'est-à-dire lorsqu'un décalage en rotation desdites dents d'entrainement de la denture considérée ne leur 5 permettent pas de s'encastrer dans les espaces situées entre les dents dudit autre moyen d'engrainement. 8. Engrenage à diamètre variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le pas entre une ou plusieurs dents de ladite première denture est légèrement différent du pas du reste de cette denture. 10 9. Transmission ou autre dispositif comportant un engrenage à diamètre variable selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Machine munie d'un engrenage à diamètre variable selon l'une quelconque des revendications précédentes.