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Brevet d'invention. Transmission mécanique pour engins de locomotion de grande puissance.
La présente invention a pour objet une transmission mécanique à quatre ou huit vitesses pour engins de locomotion de grande puissance et concerne l'ensemble des organes compris entre l'arbre du moteur tnermique et l'organe de commande directe des essieux.
Ce dispositif est conçu de manière à permettre : 1, La transmission de puissances très élevées, supérieures à 1500 CV par exemple, sans que certains de ses éléments soient astreints à des contraintes, des vitesses ou des masses prohibi- tives;
2. Un écart de vitesses important entre la première et la dernière combinaison de vitesse, cet écart pouvant atteindre et même dépasser 1 à 20;
3.
Des passages de vitesses extrêmement rapides, de l'ordre de 1/5 de seconde, et cela, uniformément, entre toutes les vitesses, sans rupture de charge pour le moteur.
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suivant l'invention, l'élément convertisseur de couples ap-
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pelé couramment "changement de vitesse" comporte deux arbres pa- rallèles entre eux et rigoureusement identiques dans leurs organes, à l'exception des pignons de sortie du mouvement. En fonctionnement, ces deux arbres tournent à la même vitesse.
A l'extrémité de chacun de ces arbres est monté un embrayage ou coupleur à friction dont la cloche extérieure est commandée par le moteur,, Ces deux embrayages peuvent d'ailleurs être des coupleurs de dimensions réduites car ils n'ont pas besoin de glisser au démarrage. Ils peuvent en outre avoir à transmettre un couple plus faible que celui du moteur si leur vitesse de rotation est plus grande que celle de ce dernier..
Un palonnier ou tout dispositif analogue empoche ces deux embrayages de fonctionner simultanément : lorsque l'un des deux coupleurs est embraye, l'autre est obligatoirement débrayée si bien qu'à chaque Instant un seul arbre est en fonctionnement.
A l'extrémité de chaque arbre opposée à l'embrayage est monté 'un pignon denté de sortie de mouvement, ces deux pignons étant de diamètre différent, le plus grand diamètre et le plus petit étant reliés par la relation D=a dans laquelle a est la raison
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d progrsssion 'ni'orms oxzo.s.s potze ,outs zus dss v,tse. de la progression Uniforme choisie pour toute la gamme des vitesses.
ces deux pignons sont constamment en prise avec une même roue réceptrice calée sur un troisième arbre dit Marbre d'utilisation" et, en l'attaquant successivement à la même vitesse, donnent une accélération de régime ou une décélération, correspondant à la raison %
En principe, le rapport d'une combinaison de vitesses à la voisine sur un arbre est de raison a2 et le processus du change- ment de vitesses est le suivant :soit une vitesse quelconque en fonctionnement sur l'arbre qui porte le plus petit pignon de sortie.
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Pour réaliser la combinaison de vitesses immédiatement supérieure, il suffira, d'enclencher par pré-sélection cette même combinaison de vitesse sur l'autre arbre, ce qui est facile puisque celui-ci est, 4 ce moment, débrayé puis, sans changer la vitesse du premier arbre en fonctionnement, de débrayer celui-ci et d'embrayer le se- cond. Le mouvement est instantanément transféré d'un arbre à l'autre, sans qu'il y ait rupture de charge pour le moteur : la vitesse de sortie a changé puisque le nouvel arbre en service imprime à la roue réceptrice, tout en tournant à la même vitesse que l'autre, une vitesse plus élevée dans le rapport de la raison a.
Pour continuer 4 monter la gamme des vitesses, on pré-séiec- tionnera sur l'arbre portant le plus petit pignon, à ce moment libre, la combinaison.de vitesse voisine de la précédente qui est à celle-ci dans le rapport a2, puis on inversera les embrayages.
Le nouvel arbre en fonctionnement imprimera à la roue réceptrice une vitesse moindre dans le rapport a, mais la combinaison qui vient d'entrer en fonctionnement étant en progression de a2, il en résultera pour la roue réceptrice une nouvelle accélération de régime de a, écart uniforme choisi entre toutes les vitesses successives.
Il en sera de même, pour toutes les combinaisons suivantes, en continuant de la même façon à faire alterner le fonctionnement des deux arbres.
Pour la descente des vitesses les manoeuvres sont identiques en partant par exemple initialement de l'arbre à grande roue dentée : on obtiendra à chaque changement d'arbre, pour la roue réceptrice, une décélération de valeur a. si l'on désire obtenir au total huit vitesses, chacun des arbres élémentaires dont le mode d'emploi vient d'être exposé porte à la suite l'un de l'autre deux trains épicycloïdaux. on sait qu'un train épicycloïdal est susceptible de donner deux
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vitesses : la prise directe et une réduction qui estfonction des dimensionsréciproques de ses éléments (planétaires, satellites et couronne dentée). On obtiendra donc, sur chaque arbre, à l'aide de deux trains, quatre vitesses en combinant
1. Les deux réductions;
2.
La réduction la plus forte et une prise directe; 3. La réduction la moins forte et une prise directe;
4. Les deux prises directes;
La. gamme totale, pour les deux arbres est donc de nuit vitesses mais il convient de noter que si l'écart exigé pour l'ensemble de la transmission n'est pas très élevé, on pourra simplifier cel- le-ci en ne faisant porter qu'un seul train épicycloldal par., chaque arbre.
Bien que,dans la transmission conforme à l'invention la rapidité de l'enclenchement des vitesses n'ait pas une importance pri- mordiale puisqu'il ne compte pas dans le temps de passage (changement d'embrayage), cet enclenchement pourra être cependant réali- sé de la manière indiquée dans le brevet français déposé par le demandeur le 19 Octobre 1944 pour "Relais mécanique à grande puissance pour transmission mécanique".
La transmission peut avantageusement comporter un coupleur hydraulique,d'un type connu quelconque, débrayant automatiquement le moteur lorsque celui-ci descend au-dessous d'un certain régime.
Elle permet ainsi la conduite de l'engin sans pédale d'accélération et sans pédale de débrayage, uniquement à l'aide soit d'un levier, soit d'un volant opérant les changements de vitesse.
Aux dessins annexés on a représenté, à titre d'exemple :
En Fig. 1, l'application d'une transmission conforme à l'invention à un véhicule routier à chenilles, cette transmission étant représentée jusqu'aux barbotins et développée sur un même plan.
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En Fig. 2, l'application d'une telle transmission à un trac- teur ferroviaire (locotracteur, locomotive, etc..) comportant une commande des essieux par chaînes, sans différentiel. cette trans- mission étant également représentée développée sur un même plan.
Enfin, en Fig. 3 une vue schématique de la disposition des arbres et des pignons, vus en bout, disposition utilisable dans l'une et l'autre des applications ci-dessus, mais plus particuliè- rement dans celle de la Fig. 2.
Dans le mode d'exécution de la Fig. 1, l'arbre 1 qui est ac- couplé directement avec le moteur thermique non représenté et est supposé monté en travers du véhicule, porte la turbine motrice 2 d'un accouplement hydraulique dont la turbine réceptrice 3 est calée sur le moyeu du planétaire 4 d'un train épicycloïdal dont les satellites 5 sont calés sur un plateau coulissant 7 dont la couronne 6 est dentée intérieurement et extérieurement. ce train est employé comme inverseur de marche, l'un des sens de marche étant obtenu par solidarisation du plateau porte-satellites 7 par les griffes 14 avec le planétaire 4, et l'autre par enclenchement des griffes 9 Immobilisant le plateau 7 contre le carter 10. Ces divers enclenchements sont provoqués par la manoeuvre d'une four- chette, non représentée, s'engageant dans la gorge 8 du plateau 7.
La présence en amont du coupleur hydraulique 2-3, qui se débraye au ralenti du moteur, permet le fonctionnement de la commande d'inversion.
La denture extérieure de la couronne 6, par laquelle le mouve- ment sort de l'inverseur, attaque le pignon intermédiaire il, qui engrené avec le pignon denté 12 calé sur le moyen de la cloche d'embrayage 13 qui renferme le plateau de compression 15 sur le- quel agissent les ressorts 22, le ou les disques 17- solidaires de la cloche 13 et le jeu de disques 16 solidaires de l'arbre 63 qui est l'un des deux arbres constitutifs du changement de vitesse.
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c'est par la compression du plateau 15 et des disques 16 et 17 que le mouvement est transmis par friction à l'arbre 63. Le débrayage a lieu lorsque, par l'intermédiaire des leviers rayonnants 18 poussés par le petit plateau 19, la pression du plateau 15 est supprimée.
L'embrayage de l'arbre 63 est représenté dans la pool. tion de débrayage, tandis que pour le second arbre constitutif de changement de vitesse 64. parallèle au précédent et agencé exactement de la même manière que lui, il est représenté dans la posi- tion d'embrayage en 13'.
L'alternance des embrayages et des débrayages pour ces deux arbres est provoquée par le palonnier 20, oscillant dans la chape 21 qui est fixée par exemple sur la, carcasse 61 du véhicule. on voit que, grâce à ce dispositif, il est impossible que les embrayages 13 et 13' soient embrayés ou débrayés en même temps.
D'autre part, l'arbre 63 porte le planétaire 34 d'un premier train épicycloïdal dont les autres éléments sont les satallites 33, la couronne à denture Intérieure 35 et le plateau 38 portant les axes des satellites 33. Le moyeu de la, couronne dentée 35 est monté fou sur l'arbre 63 et porte sur cannelures le coulisseau 28 d'un synchroniseur du type ayant fait l'objet du brevet français déposé par le demandeur le 12 octobre 1944 pour "Perfectionnement aux synchroniseurs pour boites de vitesse mécaniques". Ce coulieseau est muni à ses deux extrémités de griffes 29 et porte, sur cannelures, le cône double 25 de pré-accouplement.
Ce cône 25 peut se déplacer axialement et il est maintenu dans ce sens par un jeu de billes 31 pressées par des ressorts dans des encoches ménagées dans le coulisseau 28. Dans une gorge de ce dernier s'engage la fourchette de commande 27 actionnée par la tige de manoeuvre 42.
Le cône double mâle 25 peut, suivant le sens de déplacement du coulisseau 28, venir en contact, en vue de l'immobiliser, soit
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avec le cône 'femelle tournant 24 solidaire de l'arbre 63, et par suite du planétaire 34, soit avec le cône femelle fixe 26 porté pax le plateau 32 qui est solidaire du carter 10 et porte des griffes d'enclenchement qui peuvent venir en prise avec les griffes 29 du coulisseau 28.
Le plateau porte-satellites 38 du premier train porte sur son moyeu le planétaire 23 du deuxième train dont les satellites sont 36 et la roue dentée 37. Le moyeu de cette couronne porte le même 'système de synchroniseur que le premier train; le cône femelle de ce synchroniseur est porté par le pignon de commande 39, qui est calé sur le moyeu arbre du plateau porte-satellites 62.
L'arbre 64, parallèle à l'arbre 63, porte identiquement les mêmes pièces que l'arbre 63 à cette seule exception prés que son pignon de sortie 41 est plus petit que le pignon 39, le rapport entre les diamètres de-ces deux pignons étant a. Dans le mode d'exécution représenté en Fig. l, le pignon 41 est relié au pignon 39 par un pignon fou 40 et, par un autre pignon fou 46, à la roue dentée 47 dont il sera parlé ci-après.
Il convient d'ailleurs de remarquer que ces pignons 40 et 46, ainsi d'ailleurs que les pignons fous 11 dont il a été fait mention précédemment, ont été représentés pour faciliter la compréhension du mécanisme. En réalité la couronne 6 pourrait attaquer directement les pignons 12 et la roue 47 engrener avec les pignons 39 et 41 et être commandée alternativement par l'un et l'autre de ceux-ci; c'est d'ailleurs la disposition qui a été représentée en Fig. 3. Il est aisé de comprendre que, dans le mode d'exécution représenté en Fig. 1,1'entraînement de la roue 47 peut se faire sans difficulté par le pignon 39 en passant par l'intermédiaire des pignons 40, 41 et 46, le pignon 41 étant alors lui-même fou puisque l'arbre 64 est, à ce moment, débrayé.
La manoeuvre des combinaisons des quatre trains épicycloïdaux
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est réalisée au moyen de tiges de fourchettes 42, 43, 44 et 45 qui peuvent être reliées à toute commande appropriée, directe, asservie ou automatique.
La roue dentée 47 qui reçoit, ainsi qu'on vient de le dire, son mouvement de l'arbre 63 ou de l'arbre 64, estcalée sur l'arbre 48 reliant rigidement les planétaires 52 et 52' de deux nou- veaux trains épicycloïdaux dont les couronnes sont 49 et 49' dentées intérieurement et extérieurement et les satellites 50 et 50' portés respectivement par les plateaux porte-satellites 51 et 51'.
Les dentures extérieures des couronnes 49 et 49' engrènent respectivement avec les pignons 55 et 53'. Le pignon 55 est monté fou sur un axe fixe monté sur une paroi du carter 10, tandis que le pignon 53' est solidaire de l'arbre 54 portant à son autre extré- mité le pignon 53 qui engrené avec le pignon fou 55.
En réalité les pignons 53 et 55 sont montés côte à côte; ils sont représentés rabattus pour rendre visible leur conjonction et l'arbre 54 est représenté rompu pour suivre ce rabattement
Le pignon 56, qui engrené avec les pignons 12 et 12' de l'un ou l'autre système, commande le mouvement d'un variateur Inverseur 57, mécanique, hydraulique --,ou électrique, donnant au pignon 58 deux sens de marche et progressivement, dans les deux sens, toutes les vitesses entre o et V, la vitesse V étant celle du pignon 56.
Grâce à l'interposition du pignon 55, lorsque l'arbre de sortie du variateur inverseur 57 tourne, il donne dans l'espace un mouve- ment inverse aux deux couronnes dentées 49 et 49', à l'aide de son pignon de sortie 58 et des pignons 53, 55 et 53'.
Le mouvement sort des deux trains épicycloldaux réducteurs par les moyeux des plateaux porte-satellites 51 et 51',eux-mêmes connectée aux arbres 60 et 60'qui entraînent les barbotins 59 et 59' constitués par de simples roues dentées pour chaines-chenilles.
Le fonctionnement du convertisseur de couples constitué par
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les deux arbres parallèles 63 et 64 a déjà été exposé précédemment.
Le rôle des synchroniseurs se comprend facilement : ils ne sont manoeuvrés que sur l'arbre débrayé, 63 dans l'exemple représenté, tandis que l'arbre 64, qui est embrayé, transmet le mouvement. La préparation de la vitesse à prendre se fait donc par pré-sélection en vue de sa mise en action, par Interversion des embrayages 13 et 13'. La mise au point "stop" de la combinaison qui vient de servir s'opère, automatiquement ou à la main, sur l'arbre qui vient d'être débrayé, dès son élimination.
Quant au fonctionnement du système de commande des barbotins, il est le suivant :
Les deux trains épicycloïdaux 49, 50, 51, 52 et 49', 50', 51', 52' jouent un triple rôle : de différentiel, indispensable à tout véhicule routier pour les virages, de différentiel nécessaire à la commande de direction, et de réducteurs de barbotins.
Pendant les déplacements en ligne droite, l'arbre de sortie du variateur est immobilisé et sert ainsi de point fixe aux deux couronnes 49 et 49' par l'intermédiaire des pignons 53, 53' et 55.
Les trains épicycloïdaux symétriques fonctionnent en réducteurs -simples.
Pendant les virages, le variateur 57, soumis au contrôle du conducteur de véhicule, fait tourner le pignon 58 plus ou moins vite suivant la valeur du rayon du virage à obtenir. Par suite de cette rotation les couronnes dentées 49 et 49' tournent l'une dans le sens de la marche, l'autre en sens inverse, produisant une accé- lération de l'une des chenilles et une décélération de l'autre, ce qui entraîne le virage du véhicule..
Si celui-ci est arrêté, par exemple par suite de la mise au point stop des arbres 63 et 64, et si le variateur 57 est mis en action, les roues 59 et 59', et par suite les chenilles, sont mises en marche rigoureusement en sens inverse l'une de l'autre, et le
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véhicule pivote sur lui-même dans un sens ou dans l'autre, suivait le sens donné par le variateur-invereeur 57 au pignon 58.
La. Fig. 2, qui est une coupe suivant la ligne ABCD de la Fig. 3, montre une variante de la transmission appliquée à un vé- hicule ferroviaire sans différentiel. Les divers organes de la Fig. 1 se retrouvent sur cette figuredésignés par les mêmes chifires de référence.. L'arbre 1 d'attaque du moteur est relié par plateau à la, turbine motrice 2 du coupleur hydraulique dont la tur- bine réceptrice 3 estcalée sur l'arbre d'entrée 65 d'un inverseur qui est, par suite de l'orientation des arbres 63 et 64 par rapport à. celui du moteur, constitué par un jeu de trois pignons d'angles.
Le pignon d'angle 66 a,ttaque à la fols les deux couronnes, dentées 67 et 67' montées folles sur l'arbre de sortie 70 de l'inverseur.
Suivant que le coulisseau 68, susceptible de glisser le long de cet arbre sous l'action d'une fourchette engagée dans sa gorge 8, est déplacé dans un sens ou dans l'autre, il vient en prise avec les griffes 9 ou 14 et permettra, l'entraînement de l'arbre 70 par la couronne 67 ou par la couronne 67'. Ces couronnes tournant en sens inverse l'une de l'autre, le sens de rotation de l'arbre 70 change- ra donc,, et avec lui le sens de rotation de toute, la transmission qui suit,jusqu'aux couronnes de chaînes 59, 59'.
Comme dans le cas de la Fig. 1, le pignon 6 transmettra son mouvement aux pignons12 et 12' calée sur les cloches 13 et 13' des embrayages montés aux extrémités des deux arbres 63 et 64. L'arbre 63 qui est identique à l'arbre 64, à l'exception de son pignon de sortie 39 (voir Fig. 3), n'est pas représenté sur la Fig. 2.
Le fonctionnement des arbres 63 et 64 est identique à celui des mêmes organes dans le mode d'exécution de la Fig. 1, mais ici le cône double 25 affecte la forme décrite dans le brevet français déposé par le demandeur le 19 Octobre 1944 pour "Relais mécanique à grande puissance pour transmission mécanique". Le cône fixe 26
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porté par le carter 10 se trouve alors simplifie, tout en conservant la même disposition générale et le même fonctionnement. Quant à l'autre cône femelle, 24, il est tournant et porté par le plateau porte-satellites 38.
Le pignon denté 41 de l'arbre 64 et le pignon 39 de l'arbre 63 (non représenté) attaquent tous deux la couronne dentée 47 montée sur l'arbre 60 qui porte à ses extrémités les couronnes dentées de commande de chaînes 59 et 59'. L'arbre 60 pourrait d'ailleurs également porter des joints articulés prolongés par des arbres longitudinaux attaquant des ponts d'essieux; bien entendu, la transmission serait montée de manière que l'arbre 60 soit longitudinal.
Sur la Fig. 3, il a été représenté, en variante, l'attaque de la transmission par deux moteurs thermiques montés suivant l'axe du véhicule, de part et d'autre de la transmission. Cette disposition est possible grâce aux propriétés des conjoncteurs-glisseurs hydrauliques qui permettent l'emploi simultané ou individuel de deux moteurs sur une même force résistante et d'arrêter l'un des moteurs sans interrompre la marche de l'ensemble, sur cette figure, les arbres d'attaque sont 1 et l', les coupleurs 2 et 2', les arbres d'inverseurs 45 et 65'.
Les particularités de la transmission mécanique qui vient d'être décrite se résument comme suit :
1. Admission de puissances très élevées, avantage découlant du principe même des trains épicycloïdaux qui fractionnent le flux de puissance;
2. E'cart d'emploi très élevé, par exemple de l'ordre de 1 à 20, pour les mêmes raisons;
3. Temps très faible de passage des vitesses, ces temps étant constants entre toutes les vitesses de la gamme. cet avantage provient uniquement du changement.presque instantané du fonctionnement des deux embrayages;
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4. Etagemment régulier entre toutes les vitesses, en progression géométrique pax exemple ;
5.
Grâce à l'emploi du coupleur hydraulique à, l'entrée de la transmission., disposition en tête de l'inverseur de marche qui, de ce fait, peut être de dimensions réduites, puisqu'il ne transmet constamment que le couple de moteur, indépendamment des réductions du convertisseur de couple constitué par les arbres 63 et 64. En outre, la masse de ses pièces en mouvement n'intervient pas pendant les pré-accouplements;
6.
Aucune réaction sur les paliers du fait des organes donnant les réductions variables; les paliers ne sont chargés que de leur poids, cet avantage est inhérent à l'emploi des trains épicycloidaux ;
7. Malgré le grand écart d'emploie il n'y a à enregitrer au- cune vitesse en retour prohibitive; résultat qui ne peut être a.tteint avec les convertisseurs de couples à engrena,ges droits;
8. La plus grande vitesse périphérique est celle des engrenages des deux planétaires d'entrée 34 et 23; il est par suite possible de donner aux arbres 63 et 64 des vitesses de rotation élerées. réduisant les couples transmis et pa.r suite les dimensions de toutes les pièces portées par ces deux arbres;
9.
Il n'y a plus de pièces mobiles après la réduction fixe donnée par les trains droits 39-41 et 41-47 par lesquels passent les couples les plus élevées;
10. L'enclenchement est positif, c'est-à-dire assuré par l'en- gagement de griffes formant verrou, à l'exclusion de toute adhérence de surfaces qui exigerait une pression constante pendant la. marche; il. Possibilité de réduire à quatre le nombre des vitesses en me conservant qu'un seul tra.in épicycloîdal sur chacun des arbres 63 et 64, sans autre modification dans la disposition générale;
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12, La transmission comportant deux plans orthogonaux de symétrie, les même pièces (à l'exception des satellites et planétaires sur un même arbre) se retrouvent quatre fois; il en résulte une économie certaine dans la fabrication et une réduction d'immobilisatlon dans le magasinage des pièces de rechange pendant l'exploitation;
13.
Pour les deux dernières vitesses dans la solution à huit combinaisons de tisses, il n'y a plus, dans le convertisseur de couple d'engrenages en travail : le rendement est donc voisin de 100%. cet avantage n'existe plus que pour la dernière vitesse dans la solution à quatre combinaisons;
14, Silence de fonctionnement grâce à l'emploi des trains épicylloîdaux dont il est facile d'obtenir une marche insonore;
15. suppression de la pédale de débrayage et de la pédale d'accélération, simplification qui découle respectivement de l'em- ploi du coupleur hydraulique et du mode de changement de vitesse sans rupture de charge pour le moteur.
Résumé.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.