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R. MANGIN, résidant à MEGEVE (France).
VARIATEUR DE VITESSE DIFFERENTIEL.
L'adjonction à un variateur de vitesse par poulies à joues mobi- les d'un mécanisme différentiel permet comme on sait d'étendre la plage de variation du rapport de transmission.
Toutefois, pour que le fonctionnement d'un tel ensemble soit automatique, il est absolument indispensable que les diverses positions des joues mobiles des poulies soient des positions d'équilibre stable. Or, les pressions latérales exercées sur les joues par les courroies varient en fonc- tion de la tension de celles-ci, et comme les variations de tension suivent les variations du couple résistant, elles sont précisément amplifiées par l'introduction d'un mécanisme différentiel. Une telle servitude complique particulièrement le problème de la stabilité dans les systèmes du type con- sidéré.
La présente invention concerne un mécanisme variateur de vitesse par poulies à joues mobiles et courroies trapézoïdales combiné avec un sys- tème différentiel, dpnt le fonctionnement automatique est parfaitement cor- rect-en toutes conditions de marche.
Le variateur de vitesse suivant l'invention comprend un diffé- rentiel interposé entre l'arbre menant et l'arbre mené, ce variateur étant caractérisé en ce que l'arbre menant entraîne, par l'intermédiaire d'un arbre auxiliaire et d'un dispositif d'accouplement, l'un des planétaires du diffé- rentiel, dont le porte-satellites est solidaire de l'arbre mené, tandis qu'une liaison par poulies à joues mobiles et courroies trapézoïdales est établie entre l'arbre auxiliaire susdit et le second planétaire.
La position des joues mobiles des poulies sur les deux arbres est en outre conditionnée par l'équilibre entre les actions antagonistes sur
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ces joues mobiles du dispositif d'accouplement précité et d'un régulateur à action centrifuge monté sur l'un des arbres considérés.
Dans une forme d'exécution préférée de l'invention qui offre la particularité de ne mettre en oeuvre ni ressort ni aucune force d'origine élastique, le dispositif d'accouplement est constitué par un pignon à filet hélicoïdal calé sur l'arbre menant, ce pignon formant vis par rapport à un écrou constitué par un manchon centré sur l'arbre auxiliaire, et solidaire des joues mobiles des poulies portées par cet arbre.
D'autres particularités relatives à la présente invention seront encore mises en évidence dans la description qui va suivre.
Aux dessins annexés, on a représenté, à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif, une forme d'exécution préférée de 1-'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation du mécanisme avec arrachement partiel et coupe selon I-I de la fig. '2.
La fig. 2 est une vue de dessus du mécanisme, en coupe selon II- II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue partielle à angle droit du côté gauche de la fig. 1.
La fig. 4 est un schéma explicatif.
En se reportant à la fig. 2, on voit en 1 l'arbre menant terminé par un pignon à denture hélicoïdal 2, formant vis et situé à l'intérieur d'un manchon 3 qui tient lieu d'écrou. L'arbre 1 porte au delà du pignon 2 un arbre auxiliaire creux 4 qui peut tourner librement autour de lui. L'ar- bre 4 est terminé par un pignon denté 5 qui engrène avec l'un des planétaire 6 d'un différentiel porté par l'arbre mené 7. Ce planétaire engrène inté- rieurement avec les satellites 10 montés, par l'intermédiaire de roulements à aiguilles 8, à l'intérieur de colliers 9 solidaires du porte-satellites 11 claveté sur l'arbre mené 7.
Les satellites 10 engrènent d'autre part avec la couronne exté- rieure d'un pignon formant le second planétaire 12. Ce planétaire est prolon- gé par un manchon 13 entourant l'arbre mené 7 autour duquel il peut tourner.
En outre, et conformément à l'invention, une liaison par poulies à joues mobiles et courroies trapézoïdale est établie entre l'arbre auxiliaire 4 et le second planétaire. Cette liaison est constituée par quatre poulies se faisant face deux à deux. Pour les poulies centrées sur l'arbre 1, les joues fixes 14 et 16 sont solidaires de l'arbre auxiliaire 4, tandis que les' joues mobiles 15 et 17, solidarisées par les tiges 18, font corps avec le manchon 3.
Pour les poulies centrées sur l'arbre 7, unedisposition analogue est adoptée. Toutefois, les joues fixes 22 et 24 solidaires du manchon 13 correspondent aux joues mobiles 15 et 17, et réciproquement les joues mobi- les 21 et 23 correspondant aux joues fixes 14 et 16.
Les joues 14, 15, 21, 22 sont reliées par une courroie trapézoi- dale 31 et les joues 16,17, 23, 24 par une seconde courroie 32.
Il est en outre prévu un dispositif d'attelage pour solidariser, entre les arbres 1 et 7, les déplacementslongitudinaux des joues mobiles des poulies.
A cette fin, le manchon 3 porte fixé à sa périphérie un roulement 19 entouré par une couronne 20, pratiquée dans un flasque '28. De même, les joues mobiles 21 et 23 sont réunies par des tiges '25 qui aboutissent à un collier 26 portant, par l'intermédiaire d'un roulement 27, une couronne 30, faisant corps avec le flasque 28 dont les extrémités forment deux tourillons 29. Ces derniers sont engagés dans des fourches 34 solidaires d'un arbre oscillant 35 porté par le bâti 36, perpendiculaire aux arbres 1 et 7, et dont
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le pivotement est limité par une butée escamotable,33 (fig. 3). Cet en- semble constitue le-dispositif d'attelage des joues mobiles.
Enfin le régulateur à action centrifuge prévu conformément à l'invention, est disposé sur l'arbre menant. Ce dispositif se compose es- sentiellement de billes pesantes 37 prenant appui sur les faces externes des joues 15 et 16. Ces billes sont mobiles radialement et sont guidées dans leurs déplacements par des flasques 38. De plus, les rampes 39 et 41 avec lesquelles les billes sont en contact présentent un profil déterminé, ainsi qu'il sera expliqué plus loin.
Le fonctionnement cinématique du variateur de vitesse ainsi dé- crit est le suivant :
L'arbre 1 étant animé d'une rotation motrice communique, par le pignon2etle manchon 3, sa rotation à la fois aux poulies centrées sur l'ar- bre 1 et à l'arbre auxiliaire 4. La rotation des poulies précitées est trans- mise par les courroies 21 et 32 aux poulies centrées suri' arbre mené 7 et, par suite, au pignon 12 du second planétaire, tandis que le pignon 5 de 1' arbre auxiliaire 4 entraîne le pignon 6 du premier planétaire.
Sur les fig. 1 et 2, les rayons des engrenages des planétaires 6 et 12 sont proportionnels aux rayons des engrenages des satellites 10 qui sont en prise respectivement avec eux ; sait alors que le porte-sa- tellites tourne à une vitesse angulaire u égale à la moyenne algébrique des vitesses angulaires des deux planétaires u6 et u12.
EMI3.1
Or u6 = - k u1 u1 étantla vitesse angulaire de l'arbre menant et k une constante positive.
D'autre part : u12 = M u1 M désignant le rapport variable des rayons d'enroulement des courroies 31 ou 32 sur les poulies qui les portent (M est supérieur à 1 dans le cas de la figure).
On a donc
EMI3.2
Par suite, si M est égal à k , u7 = 0, c'est le point mort ; si M est supérieur à k , l'arbre mené tourne dans le même sens que l'arbre menant, c'est la marche directe; si M'est inférieur à k , c'est la marche inverse.
En fin de compte, la valeur de M définit le rapport de transmis- siondu système. Or, cette valeur est fonction de la position longitudinale des joues mobiles des poulies.
On remarquera à ce sujet que les déplacements des joues 15 et 17 d'une part, 21 et 23 d'autre part, sont liés grâce au dispositif d'attelage.
En effet, l'arbre 35 et les fourches 34 obligent le flasque 28 à se déplacer parallèlement à lui-même; il s'ensuit que si les joues mobiles 15 et 17 s'éloignent des joues fixes 14 et 16, les joues mobiles 21 et 23 se rapprochent des joues fixes'22 et 24; les rayons d'enroulement des cour-
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roies 31 et 32 diminuent sur l'arbre 1, tandis qu'ils augmentent d'une quantité égale sur l'arbre 7; et inversement.
Dans la forme d'exécution représentée, la course libre des joues mobiles est limitée à la position correspondant au point mort (u7 = 0) par la butée 33 avec laquelle entre en contact une fourche 34. L'éclipsage de cette butée et une action manuelle sur la fourche permettent alors de passer en marche inverse. Les diverses positions d'une fourche 34 sont in- diquées en pointillé à la fig. 3.
En ce qui concerne le fonctionnement dynamique, le système étant en marche directe, il y a lieu de remarquer que la poussée des courroies n' intervient pas dans la position longitudinale des joues mobiles des poulies.
En effet, les joues mobiles associées 17 et '23, par exemple, d'un même train de poulies sont disposées de part et d'autre du plan médian de la courroie 32, et de plus elles sont'liées en translation grâce au dispositif d'attelage précité. De ce fait, la résultante des pressions latérales exercées par la courroie 32 sur les joues 17 et '23 est nulle.
La position longitudinale des joues mobiles des poulies est donc déterminée par l'équilibre des deux seules actions antagonistes suivantes : - une poussée longitudinale transmise par le dispositif d'ac- couplement 2-3. Cette poussée est proportionnelle au couple moteur, mais indépendante de la position du manchon 3 grâce à la forme hélicoïdale du filetage qui, pour'un sens de rotation donné, tend à déplacer ce manchon toujours dans le même sens. Dans l'exemple donné, cette poussée tend à éloigner les joues mobiles 13 et 17 des joues fixes 14 et 16 respectivement, et par suite à diminuer le rayon d'enroulement des courroies 31 et 32 autour de l'arbre 1.
- une poussée longitudinale de sens contraire, provenant de la résultante parallèle à l'arbre 1 des actions des billes 37 sur la rampe 39 de la joue mobile 15. Ces actions sont provoquées par la force centrifuge à laquelle est soumise chaque bille. Ces actionstendent à rapprocher les joues mobiles 15 et 17 des joues fixes 14 et 16, et par suite à augmenter les rayons d'enroulement autour de l'arbre 1.
Dans le mécanisme conforme à l'invention, la poussée longitu- dinale due au régulateur ne dépend pas des modifications du rayon de gira- tion des billes 37 autour de l'arbre 1, ni, par suite, de la position des joues mobiles, mais seulement de la vitesse angulaire de la rotation motri- ce u1. En d'autres termes, cette poussée est constante tant que.Un demeure constante.
Ce résultat est obtenu en donnant un profil particulier aux rampes 39 et 41. Ces deux rampes étant, par exemple, symétriques, leur tra- cé peut être déterminé comme suit (voir fig. 4) :
Les positions extrêmes d'une bille 37 étant données, radialement et longitudinalement, par l'encombrement de l'appareil, l'effort centrifuge F, auquel la bille est soumise dans l'une de ces positions, a une composan- te F, appliquée à l'une des rampes, dont la projection sur l'arbre est F2; dans l'autre position, la projection sur l'arbre de la composante F1 de 1' action F' est F' 2.
On doit avoir F2 - F2
Or, il existe une infinité de cercles tangents aux deux posi- tions considérées de la bille qui peuvent être choisis comme profils ; l'un
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d'eux satisfait à l'égalité ci-dessus ; cette égalité se trouvant sensi- blement vérifiée entre les positions extrêmes.
Donc, si les profils des rampes 39 et 41 sont des arcs de cercle définis comme il vient d'être dit, la poussée due au régulateur est pratique- ment constante si u1 est constante.
Dans ces conditions,à chaque valeur du couple moteur correspond une valeur de la rotation motrice pour laquelle le manchon 3 et les joues mobiles des poulies sont' en équilibre, quelle que soit leur position.Bien entendu, les constantes de l'appareil sont déterminées pour que les valeurs en correspondance du couple moteur et de la rotation motrice soient les plus favorables, compte tenu des caractéristiques du moteur et de la nature de la machine entraînée (véhicule par exemple,.
Dans les explications qui suivent, on supposera, ce qui est pra- tiquement toujours le cas, que l'inertie du moteur est faible par rapport à l'inertie des masses conduites.
Il est facile alors de vérifier la stabilité de l'équilibre du manchon 3 et des joues mobiles supposés dans une position quelconque,lors- que les valeurs du couple moteur et de la rotation motrice se correspondent Si en effet, le couple moteur demeurant constant, on écarte les joues 15 et 17 des joues 14 et 16, M diminue, et u7 demeurant constant, u1 augmente immédiatement. Par suite, la poussée des billes sur la rampe 39 devient prépondérante et repousse les joues 15 et 17 jusqu'à leur position initiale, grâce à quoi u1 reprend sa valeur primitive.
On en déduit que, dans la marche à couple moteur constant, la vitesse motrice est maintenue constante, indépendamment de la position des joues mobile c'est-à-dire quelles que soient les variations de la vitesse de l'arbre conduit. Ce résultat est atteint pour chaque valeur du couple moteur. Les modifications du rapport de transmission sont donc automatiques à tous les régimes.
Parmi les avantages du variateur de vitesse conforme à l'invention, il faut citer : - la grande amplitude de variation du rapport de transmission avec point mort et marche inverse.
- la sensibilité et la précision du fonctionnement dans lequel n'interviennent pas les modifications de tension très importantes subies par les courroies lorsque le rapport de transmission change, grâce à la présen- ce du dispositif d'attelage.
- une tension moindre dans les courroies, l'effort résistant étant réparti par moitié entre les deux planétaires, du fait que l'arbre mené est calé sur le porte-satellites.
Enfin, la poussée des billes du régulateur à action centrifuge étant équilibrée par une composante du couple moteur et non par un ressort, il faut encore signaler les avantages suivants : - le régime de la rotation motrice, demeurant constant à couple moteur constant, est toujours proportionné à ce dernier. Il en résulte une meilleure utilisation de la puissance et une longévité accrue du moteur.
- il est possible d'obtenir des accélérations très vigoureuses.
En effet, une brusque augmentation du couple moteur produit un écartement immédiat des joues mobiles des poulies montées sur l'arbre moteur, et le système passe à un rapport de transmission inférieur, ce qui augmente l'ef- fet du,couple.sur l'arbre mené.
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il est loisible de hâter le changement de démultiplication en agissant sur le couple moteur.
Il va de soi qu'on pourraitapporter à la forme d'exécution du mécanisme de nombreuses variantes, sans sortir du cadre de la présente in- vention. En particulier, le dispositif d'attelage pourrait être remplacé par tous organes assurant des déplacements égaux et simultanés des joues mobiles. D'autre part, l'arbre auxiliaire peut ne pas engrener directement avec le premier planétaire du différentiel, le pignon qui entraine ce der- nier peut être calé directement sur l'arbre moteur, au lieu d'être calé sur l'arbre auxiliaire. Le nombre des poulies et des courroies peut égale- ment être différent. De plus, le différentiel peut évidemment être d'un autre type. Enfin, le profil des rampes peut être différent de celui repré- senté, pourvu qu'il réponde aux conditions précisées plus haut.
REVENDICATIONS
1 ) Un variateur de vitesse automatique comprenant un diffé- rentiel interposé entre l'arbre menant et l'arbre mené, ce variateur étant caractérisé en ce quel'arbre menant entraîne, par l'intermédiaire d'un ar- bre auxiliaire et d'un dispositif d'accouplement, l'un des planétaires du différentiel, dont.le porte-satellites est solidaire de l'arbre mené, une liaison par poulies à joues mobiles et courroies trapézoïdales étant de plus établie entre l'arbre auxiliaire susdit et le second planétaire,la position des joues mobiles des poulies sur les deux arbres étant en outre conditionnée par l'équilibre entre les actions antagonistes sur ces joues mobiles du dispositif d'accouplement précité et d'un régulateur à action centrifuge monté sur l'un des arbres considérés.