FR 2943395 A1 20100924 FR 1001233 A 20100326 DEMANDEUR : COTTIN André TITRE : TRANSMISSIONS A VARIATION CONTINUE PAR LA VOIE DIRECTE CONTENU : TITRE 1 FEUILLE DESCRIPTION ET DESSINS 18 FEUILLES REVENDICATIONS 1 FEUILLE ABREGE ET DESSIN 2 FEUILLES TOTAL 22 FEUILLES TRANSMISSIONS A VARIATION CONTINUE PAR LA VOIE DIRECTE DESCRIPTIONS 1. FONCTION CONVERTISSEUR PROGRESSIF Considéré à juste titre comme l'idéal en matière de transmissions, le nombre infini de combinaisons a été appliqué en automobile par des mécanismes dits variateurs continus ou changements de vitesse progressifs. Mais la vraie progressivité n'est effectivement obtenue que par deux moyens : la transformation transitoire de l'énergie ou l'emploi de la friction. Dans le premier cas le rendement est mauvais, dans le second l'usure est rapide. N'employant que des engrenages toujours engagés le présent procédé n'a a subir aucun de ces inconvénients. L'effet exploité découle de la mise en rotation d'un transformateur de couple mécanique. II est patent que tout changement de position de ce type de mécanisme modifie le taux de conversion qu'il introduit immobilisé. Dans les démonstrations qui vont suivre, le transformateur mécanique employé est un réducteur qui ne change pas le sens de la rotation. A titre d'exemple la réduction de vitesse qu'il produit immobile est de 1/10 (Fig 1/14) Mis en rotation et tournant à la vitesse et dans le sens de l'entrée, il n'y a plus de mouvements internes. Donc plus de transformation du couple d'entrée et plus de réaction induite. Le rapport de vitesse sortie/entrée est devenu 1/1 Entre ces deux limites, des vitesses de rotation intermédiaires du réducteur induiront des rapports de vitesse sortie/entrée intermédiaires. Par exemple tournant à % de la vitesse de l'Entrée, la vitesse de Sortie devient 5,5/10. La représentation graphique est conforme aux calculs et les valide. Toute modification apportée à un couple implique la création d'un couple de réaction. Couple devant obligatoirement être absorbé par la partie fixe pour que l'énergie soit transformée et transférée. Selon le procédé, un appui sera maintenu en permanence sur la structure durant la rotation du réducteur. Donc en des positions variables suivant rigoureusement les variations de son déplacement. Mais si ces positions suivent fidèlement les évolutions du réducteur, il en découle une absence totale de mouvement relatif entre un couple (la réaction) et sa source (le réducteur). Or, faute de mouvement relatif couple-source il n'y a pas d'énergie fournie ou absorbée Le système n'étant alors ni moteur ni résistant, il ne peut y avoir de travail produit ou consommé. Quelque soit le sens du déplacement, qu'il ait lieu dans le sens des forces liées au couple ou en sens inverse (Fig 2/14) Conséquence du déplacement conjoint, parfaitement synchrone, du couple et de sa source, il résulte que la mise en rotation du réducteur est obligatoirement neutralisable. Et ce alors que son déplacement peut délivrer la progressivité. Cette neutralité permet de planifier et de contrôler les déplacements du réducteur sans avoir (aux frottements et inertie près) à apporter ou à absorber de l'énergie. Les moyens exposés impliquent l'emploi d'un différentiel dans des conditions spécifiques (Fig 3/14). Le couple C appliqué au porte-satellites du différentiel est réparti en deux couples rigoureusement égaux sur ses planétaires PL Le différentiel est engagé SUR deux crémaillères. (Fig 3A) Par réaction deux forces égales F de même sens sont appliquées sur les arbres des planétaires PL. Elles produisent un déplacement du mécanisme. C'est l'emploi qui en est fait en automobile. Tandis que les planétaires peuvent avoir des vitesses différentes, totalement inégales, les couples qu'ils supportent restent constamment égaux et les forces F qui en dépendent exactement équivalentes en toutes circonstances. Le différentiel est introduit ENTRE deux crémaillères (Fig 3B). Un moyen non représenté maintient l'ensemble perpendiculairement à celles-ci. Par convention il ne peut s'en dégager. Le couple appliqué sur le porte satellite est encore reporté par moitié sur les planétaires et la réaction sur les crémaillères provoque toujours des forces égales sur les arbres. Mais elles sont maintenant de sens opposé et elles s'annulent au lieu de s'additionner. En conséquence il n'y a plus de déplacement découlant de leur présence, plus de mise en rotation spontanée du porte-satellites Cette immobilité est conservée en cas de déplacements provoqués, intentionnels. Ne changeant pas la position du porte satellites ce déplacement contrôlé ne demandera ni apport ni rejet d'énergie. Et ce quelque soit le sens et l'intensité du couple supporté par le porte satellites. Lorsqu'il y a un travail positif produit sur l'un des planétaires, il est absorbé par le travail négatif instauré sur l'autre. La résultante est nulle Si on maintient sur des crémaillères courbes (Fig 4/14) l'égalité dans la vitesse des planétaires obtenue sur des crémaillères rectilignes, l'effet sera conservé dans son intégralité (Fig 4A) Le réducteur R est placé à l'intérieur du différentiel DIF. Les arbres des satellites solidarisés avec la carcasse reçoivent le couple de réaction (Fig 4B). En diminuant le rayon de courbure, les crémaillères sont transformées en deux engrenages fixes. La crémaillère intérieure devient le petit pignon PP placé au centre et la crémaillère extérieure est transformée en une grande couronne GC à denture interne. Si le petit pignon PP et les planétaires PL sont de même diamètre celui de la grande couronne RGC vaudra RPP + 2 RPL = 3 RPP. Trois fois celui du petit pignon. Lorsque le mécanisme est engrené de manière à ce que l'arbre des satellites se trouve orienté perpendiculairement aux engrenages fixes PP et GC, son axe se trouve dirigé vers le centre. D'orientation immuable par rapport aux engrenages fixes, il gardera cette direction centrale tout au long des déplacements effectués (Fig 4C) Solidarisé avec le différentiel, le réducteur fera un tour autour du centre chaque 45 fois que le mécanisme en fera un Sa rotation est effectivement neutralisée parce que sa réaction est en permanence absorbée par la partie fixe. Et que grâce au déplacement conjoint de la source (le réducteur) et du couple (la réaction) il ne peut y avoir d'énergie produite ou absorbée. La mise en rotation peut se faire sans apport ni rejet d'énergie. Contrôlé par un asservissement, un déplacement adapté du mécanisme délivrera la variation continue. Pour démontrer la matérialité du concept plusieurs exemples sont proposés. Schéma de principe N°1 (Fig 5/14) La présente combinaison est l'exploitation directe du dispositif exposé Fig 4C Le réducteur R est placé au centre d'un différentiel D1F et l'ensemble satellisé. L'énergie est transférée depuis l'axe roue menante-roue menée au moyen de liaisons neutres LN. Celles-ci n'apportant aucune transformation à l'énergie qui les traverse, aucun changement au couple transmis, ne produisent aucune réaction. La constitution du réducteur n'a pas à être décrite. La réaction qu'il produit ne dépend que de la modification qu'il apporte, en rien de la façon dont il est constitué. L'énergie est introduite puis extraite du réducteur R grâce à un espace ouvert au centre des arbres des planétaires PL (Fig 5A) Appliquée sur l'arbre du porte satellite PS, la réaction est répartie par moitié sur chacun des planétaires PL. Ces deux demi-couples réagissent sur les parties fixes F au travers du petit pignon et de la grande couronne, réaction qui fait naitre sur les deux arbres des forces FO équivalentes et opposées. Placées à la même distance de l'axe principal, elles développent par rapport à celui-ci deux moments égaux et antagonistes qui s'annulent mutuellement (Fig 5B) Aux frottements et inertie près, un déplacement planifié par l'asservissement ne demandera ni production ni consommation d'énergie. La variation continue est réalisable sans travail fourni ou absorbé. La satellisation de l'ensemble réducteur-différentiel (qui en pratique devrait être doublé) est peu rationnelle. De plus il est difficile de donner accès à la structure au petit pignon fixe. D'autres combinaisons sont préférables. Schéma de principe N°2 (Fig 6/14) La combinaison comprend un seul réducteur et deux différentiels. Le réducteur R est placé au centre du mécanisme, positionné sur l'axe Entrée/Sortie. Les différentiels Dl sont satellisés et alimentés par les liaisons neutres à trois engrenages employés précédemment. N'apportant aucune modification au couple transmis, elles ne sont le siège d'aucune réaction qui viendrait rompre l'équilibre établi. Le petit pignon fixe et les planétaires sont toujours de même diamètre, celui de la grande couronne vaut ainsi trois fois celui des planétaires. Pour 1 tour de l'ensemble du mécanisme autour de l'axe Entrée/Sortie, dans le sens et à la vitesse de l'Entrée, on aura : • Sur le planétaire engagé sur le petit pignon fixe : 1/1 + 1 = 2 tours dans le sens de l'entrée • Sur le planétaire engagé sur la grande couronne fixe : 3/1ù1= 2 tours en sens inverse Donc • Sur le porte satellite 1 tour autour de l'axe principal (Sans tourner sur lui-même) • Sur le réducteur 1 tour dans sens de l'entrée (Entrainé par le porte satellite) Le rapport introduit est devenu nul. Des déplacements du mécanisme à des vitesses intermédiaires produiront des rapports intermédiaires. Et ce dans toute la plage s'étendant entre 1/10 et 1/1. Le harnais de maintient qui ne pose aucun problème n'est pas représenté. Il en est de même pour l'accès de l'asservissement. Sa présence est obligatoire, le système n'étant pas auto-régulé. L'exposé des couples ; moments et forces en présence est nécessaire pour emporter l'adhésion au fonctionnement décrit. Le couple de réaction produit par le réducteur est transféré sans modification sur le porte satellites. Celui-ci les réparti par moitiés sur les deux planétaires PL.(Fig 7/14) Par réaction sur la partie fixe, les deux demi-couples créent deux forces F équivalentes et opposées appliquées sur leurs arbres. Agissant à la même distance de l'axe principal, elles produisent deux moments égaux et antagonistes par rapport à celui-ci. Ces moments s'annuleraient directement s'ils exerçaient dans le même plan. Or ce n'est pas le cas. Il en découle un couple secondaire encaissé par le harnais de maintient qui le reporte sur l'axe principal. Ce couple secondaire étant rigoureusement parallèle à cet axe, il est sans effet sur lui. La torsion communiquée au harnais ne trouble pas l'équilibre des forces s'exerçant sur l'ensemble du mécanisme. Dans cette configuration le couple de réaction agissant transversalement à l'axe de rotation est transformé en un couple s'exerçant longitudinalement à celui-ci. Dans la combinaison du schéma de principe N°2 (Fig 6/14) on peut craindre l'excès d'engrenage et un trop grand encombrement et beaucoup d'inertie. II est possible d'y remédier (Fig 8/14) Dans cette combinaison le différentiel est inséré entre les parties fixes. Ce qui est reproduit (Fig 8A). Les repères REP portés sur le porte-satellite, face aux points d'engrènements de ses planétaires, restent continuellement alignés sur le centre durant les déplacements du 30 mécanisme. C'est la conséquence directe de la permanence de son immobilité sur son axe propre (Fig8B). Un engrenage est un levier perpétuellement renouvelé or il n'y a pas de renouvellement. Un seul levier L suffit à relier le réducteur R au porte satellite PS (Fig 8C). 35 Ce levier peut-être remplacé par des biellettes placées en bout ou sur le côté (Fig 8D). Une liaison neutre simplifiée permet de rapprocher le réducteur des porte-satellites. Le schéma de principe N°3 (Fig 9/14) est un développement de la combinaison exposée 40 Fig 8 D. La liaison par biellettes B réduit notablement l'encombrement. La diminution des diamètres des engrenages fixes va dans le même sens. Dans les combinaisons précédentes, la réaction est extraite de l'axe principal sans transformation. Elle est ensuite divisée avant l'application sur la partie fixe. On peut aussi la diviser avant extraction (Fig 10/14). En gardant le différentiel au 45 centre l'inertie de l'ensemble s'en trouvera notablement réduite.(Fig 10A) D'autres combinaisons sont possibles. La partie neutralisation peut être séparée de la partie réduction (Fig 10B) Le réducteur à trains épicycloïdaux qui y est décrit n'est pas obligatoire. La représentation graphique de la Fig 11/14 donne l'évolution de la vitesse et du couple de Sortie en fonction de l'évolution de la vitesse de rotation du réducteur. En abscisses on a : vitesse du réducteur vitesse d'ENTREE En ordonnées on a : vitesse de SORTIE et couple de SORTIE vitesse d'ENTREE couple d'ENTREE La représentation graphique de la figure 12/14 donne, pour 3000 Tours-minute à I'ENTREE, l'évolution de la vitesse de SORTIE en fonction de la vitesse de rotation du réducteur. 2. FONCTION EMBRAYAGE - DEBRAYAGE N'importe quel type d'embrayage est compatible avec les mécanismes exposés. Toutefois leur fonctionnement est à même de fournir l'arrêt de la SORTIE.(Fig 13/14) Le réducteur introduisant une réduction de la vitesse au taux de 1/10, on a CS couple de SORTIE = 10 CE, 10 fois le couple d'ENTREE. La valeur de CR, couple de réaction, est alors de 9 CE appliqué sur la partie fixe. Siège d'un couple de 9 CE le réducteur tournera à la vitesse de 1/9 de la vitesse de l'ENTREE et en sens inverse si la sortie est immobilisée l'effet débrayage est obtenu. Dans la représentation de la figure 13 l'échelle choisie est double de celle des graphiques précédents. La représentation de la fonction débrayage-embrayage prolonge exactement les droites représentatives des figures 11/14 et 12/14. REVENDICATIONS1. Le procédé est caractérisé en ce que la progressivité et le nombre infini de combinaisons sont introduits dans les transmissions par la mise en rotation contrôlée d'un 10 transformateur mécanique de couple dont les déplacements sont neutralisés.5