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La présente invention concerne un mécanisme de transmission comprenant un variateur de vitesse par poulies à joues mobiles et courroies trapézoïdales, dont le fonctionnement automatique est assuré par un régulateur à action centrifuge.
Le mécanisme qui fait l'objet de l'invention est applicable notamment à la transmission de puissances assez faibles, telles que celles mises en oeuvre dans les motocycles et engins analogues.
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Le mécamisme conforme à l'invention, qui comporte en combinaison un variateur de vitesse constitué par un jeu de poulies à joues mobiles reliées par des courroies trapézoïdales et portées par deux arbres parallèles,et un régulateur à action centrifuge monté sur l'un de ces arbres, est caractérisé en ce que,à couple moteur et à rotation motrice donnée, la poussée axiale exercée par le régulateur sur les joues mobiles des poulies est constamment égale et opposée à la poussée axiale résultante des courroies sur ces joues, l'équilibre stable entre ces poussées antagonistes étant réalisé pour toutes les positions des joues mobiles.
:Dans une réalisation avantageuse de l'inven- tion, le mécanisme précité peut comprendre encore un système différentiel,l'arbre menant et l'arbre mené étant respectivement reliés à deux des trois éléments du différentiel, tandis que l'un de ces deux éléments ainsi que le troisième élément du différentiel sont respecti- vement reliés aux deux arbres du variateur proprement dit.
Dans tous les cas,l'invention permet de faire correspondre à chaque valeur du couple moteur une valeur déterminée de la vitesse angulaire motrice.
A couple moteur constant, le rapport 'de transmission change automatiquement en fonction de la vitesse de l'arbre mené pour maintenir constante la vitesse de l'arbre menant.
Si le couple moteur varie, le mécanisme conforme à l'invention assure encore le changement automatique du rapport, la vitesse motrice variant comme la racine carrée du couple moteur.
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Il est possible ainsi d'obtenir en toutes circonstances la puissance maximum.
D'autres particularités de l'invention seront mises en évidence dans la: description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: @
La fige 1 est une vue en élévation d'une première réalisation conforme à l'invention.
La fige 2 est une coupe suivant II-II de la fig. 1.
La fige 5 est un diagramme explicatif.
La:fig. 4 est une coupe axiale partielle concer- nant une variante,
La fig. 5 est une vue en élévation avec arrachement d'une autre réalisation.
La fig. 6 est une coupe axiale suivant VI-VI de la fige 5.
La fige 7 est un diagramme explicatif
La'fig. 8 montre, en coupe axiale partielle, une va- riante .
En se reportant aux fige 1 et 2, on voit en 1 l'arbre menant et en 5 l'arbre mené, entre lesquels est monté le va- riateur de vitesse proprement dit qui comporte sur chaque arbre une paire de poulies à joues mobiles reliées d'un arbre à l'autre par des courroies trapézoïdales,
Plus précisément, les joues de poulies 14 et
16 sont calées sur l'arbre 1. Les joues 15 et 17 soli- darisées par les tiges 11 font corps avec un manchon 12 et peuvent ainsi glisser sur l'arbre 1, niais non tourner par rapport à celui-ci.
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Une disposition analogue est adoptée pour les poulies montées sur l'arbre 5. Toutefois, les joues fixes 22 et 24 correspondent aux joues mobiles
15 et 17. Réciproquement, les joues mobiles 21 et 23, solidarisées par les tiges 13, correspondent aux joues fixes 14 et 16.
Les joues 14, 15 et 21, 22 sont reliées par une courroie trapézoïdale 31, tandis que les joues 16,
17 et''2.3, 24 le sont par une courroie 32.
En outre, les joues mobiles 15 et 17 sont -liées en translation axiale aux joués mobiles 21 et 23, grâce à un dispositif d'attelage. Ce dispositif comprend deux bras égaux 27 et 28 articulés autour des axes fixes 36 et 48; le bras 27 porte à son extrémité libre une cheville 29 qui s'engage dans une fourchette 30 prévue à l'extrémité du bras 28.
La liaison entre les bras 27, 28 et les manchons 12 et 18 (ce dernier solidaire des tiges 15) est réalisée par l'interposition de roulements 19 et 25, dont la couronne extérieure porte des ergots 20 et 26 qui peuvent coulisser dans des ouvertures convenables 49 pratiquées dans les bras 27 et 28. -Ainsi on comprend que les déplacements transversaux des joues mobiles des poulies sur chaque arbre ont toujours la même amplitude, et, que les rayons d'enroulement des courroies 31 et 32 varient d'une quantité égale, mais en sens inverse.
Comme de plus la fourchette 30 est logeraient inclinée par rapport à la direction du bras 28, si, dans la position extrême des bras 27 et 28 représentée, 'la cheville 29 est rigoureusement sur la ligne médiane
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du bras 28, il en est de même par raison de symétrie dans l'autre position extrême. Liais lorsque les bras ont atteint leur position moyenne,c'est-à-dire que la ligne médiane du bras 28 coïncide avec la droite 36-48, en raison de la position biaise de la fourchette 30, le bras 27 fait alors un très petit angle avec la droite 36-48. Ce décalage a pour effet de resserrer très légèrement les joues des poulies sur l'arbre 1.
Par suite, dans la position moyenne du système, se trouve compensé le léger flottement des courroies dû au fait que le chemin parcouru est plus court lorsque les rayons d'enroulement son égaux sur les deux arbres, que lorsqu'ils sont maximum sur l'un et minimum sur l' au tre .
Le régulateur à action centrifuge prévu conformément à l'invention est, dans' l'exemple décrit, monté sur l'arbre menant 1. Il se compose essentiellement de billes pesantes 37 prenant appui sur des rampes 39 et 41 portées par les faces externes des joues 15 et 16.
Ces billes sont mobiles radialement et guidées dans leurs déplacements par des cloisons 38. Les rampes 39 et 41 présentent des profils particuliers qui seront décrits ultérieurement.
Le fonctionnement est le suivant :
La joue mobile 15 dont la position détermine le rapport de transmission du mécanisme est soumise à deux actions antagonistes : d'une part la résultante des poussées latérales des courroies 31, 32 sur les joues mobiles 15,17, 21, 23;
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- d'autre part la résultante des poussées- latérales sur la joue 15 des billes 37 qui sont soumises à la force centrifuge F (Fig.3).
Au sujet de la première action, on doit tenir compte du fait que dans une transmission par courroie trapézoïdale la poussée latérale exercée sur une joue mobile de poulie par le brin tendu de la courroie est plus forte quend ce brin se présente en brin d'entrée plutôt qu'en brin de sortie. C'est notamment le cas lorsque la puissance transmise est faible et que l'adhérence des courroies est suffisante pour qu'on puisse admettre des tensions peu élevées pour les brins mous.
Les arbres 1 à 5 tournant dans le sens f, il en résulte que les joues mobiles 17 et 23 d'un même train de poulies, qui sont liées en translation axiale par le dispositif d'attelage, subissent une poussée résultante dans le même sens que la poussée exercée sur la joue mobile 17 par le brin tendu 34 qui se présente en brin d'entrée sur la poulie 16-17 et en brin de sortie pour la poulie 23-24,
Comme la tension du brin considéré est propor- tionnelle au couple moteur, et, à couple moteur constant,, inversement proportionnelle au rayon d'enroulement autour de l'arbre 1, il en est de même pour la poussée résultante exercée par les courroies sur la joue mobile 15.
Suivant une particularité importante de l'invention, il est prévu de donner aux rampes 39 et 41 des profils tels que, à couple moteur et à rotation motrice donnés, la composante axiale de l'action centrifuge des billes 37 sur la joue 15 reste toujours
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égale à la poussée résultante des oourroies, quelle que soit la position de la joue considérée.
Autrement dit, on fait en sorte que, à rotation motrice .constante, la composante axiale précitée varie comme l'inverse du rayon-d'enroulement autour de l'arbre 1.
Dans la réalisation décrite, la rampe 39 présente un profil droit perpendiculaire à l'arbre 1, tandis que la rampe 41 a une forme concave.
Le profil de la.rampe 41 peut être déterminé par le calcul (fig.S):
Soient x et y les coordonnées du centre 42 d'une bille 37, Ox étant l'axe de l'arbre 1; la force centrifuge F à laquelle est soumise chaque bille 37 est proportionnelle à y et sa composante axiale F1 à AB = z,
D'autre part, le rayon d'enroulement autour de l'arbre 1 est proportionnel au déplacement axial de la joue mobile 15 qui porte la rampe rectiligne 59, c'est-à-dire est proportionnel à x.
La condition précitée s'écrit alors : z K (K constante positive) (1) x
Gomme dy = z dx y dx on a, compte tenu de (1) : ydy = K. dx x ce qui donne en intégrant :
EMI7.1
y = K' Log x (Kt constante) ' (2 )
Le profil de la rampe 41 est donc une partie du lieu des points situés à une distance constante égale au rayon des billes d'une courbe répondant à l'équation (2) ci-dessus.
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Dans ces conditions, couple moteur constant et si la vitesse motrice conserve la valeur constante retenue pour la détermination des pro ils, ,la poussée due au régulateur est égale à celle des courroies pour toutes les positions des joues mobiles, et à chaque valeur du couple moteur correspond une''valeur de la rotation, motrice pour laquelle les joues mobiles sont en équilibre, quelle que soit leur position, les deux grandeurs considérées variant dans le même sens.
Compte tenu de l'hypothèse suivant laquelle l'inertie du moteur est négligeable par rapport à celle des masses 'conduites, on vérifie alors que l'équilibre des joues mobiles, supposées dans une position quelconque, est stable lorsque 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, le rapport de transmission diminue, et, la vitesse de l'arbre mené demeurant constante (car la .masse conduite est importante), la vitesse motrice augmente immédiatement. Par suite, l'action des billes sur la rampe 39 devient prépondérante et repousse les joues 15 et 17 jusqu'à leur position initiale, ce qui rend à la vitesse motrice 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 mobiles, c'est-à-dire quelles que soient les fluctuations 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.
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'En ce qui concerne la marche freinée par le moteur, on constate que le mécanisme passe automatiquement au rapport de transmission maximum. En effet, le brin tendu des cour- roies devient le brin d'entrée pour les poulies centrées sur l'urbre 5. Néanmoins on peut, par une action manuelle ou mécanique sur le bras 27, amener le système dans le rapport désiré et l'y maintenir, afin de réaliser un freinage plus efficace.
Il faut encore considérér, dans la marche propulsée, que les brins tendus des courroies n'exercent sur les joues mobiles centrées sur l'arbre 5 qu'une poussée latérale faible, puisqu'ils s'y présentent en brins de sortie; en conséquence, le dispositif d'attelage, dont le mouvement est commandé par les actions antagonistes appliquées à la joue mobile 15, n'a qu'une résistance. relativement faible vaincre pour provoquer la translation des joues mobiles 21 et 23.
Dans la variante de la fig. 4, le dispositif d'attelage est supprimé, et son action sur les joues 21 et 23 est produite par un ressort hélicoïdal 35, travaillant à la compression, et disposé entre la joue 21 et une bague 51 calée sur.l'arbre 5.
Cette substitution n'a pas d'influence sur la forme générale des rampes du régulateur, la poussée du brin tendu des courroies sur la joue mobile 15 restant proportïonnelle au couple moteur et à l'inverse du rayon d'enroulement autour de l'arbre 1.
Cependant, l'un des bras 27 et 28, de préférence le bras 28, peut subsister pour commahder les joues mobiles adjacentes, afin de provoquer un freinage efficace par le moteur, comme 'il a été expliqué ci-dessus.
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Le mécanisme représenté aux fig. 5 et 6 comprend un dispositif analogue à celui qui vient d'être décrit, combiné avec un système différentiel.
L'arbre menant 1 est ici en prise par le pignon dent'.) 7 avec la couronne dentée 50 du planétaire 2 d'un différentiel centré sur l'arbre mené 3, lequel est soli- daire du porte-satellites 4. Ce dernier est muni à ses extrémités de deux pignons coniques 8 montés sur des roulements 9, et qui engrènent avec les dentures coniques du planétaire 2 et du second planétaire 6. Celui-ci est claveté sur un arbre auxiliaire 5, coaxial à l'arbre 3 et qui peut tourner librement grâce à un roulement 10.
Le planétaire 6 est entraîné à partir de l'arbre 1 par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse automa- tique identique , à celui des fig. 1 et 2. Une butée escamotable 33 permet en outre'de limiter les déplace- ments angulaires des bras 27 et 28.
Le fonctionnement cinématique du mécanisme est le suivant:
L'arbre menant étant animé d'une rotation motrice dans le sens de la flèche f, l'arbre mené 3 tourne à la vitesse angulaire du porte-satellites 4, dont le mouvement est conditionné par les rotations en sens in- verses des planétaires 2 et 6 entrainés par l'arbre 1, le premier directement grâce.au pignon 7, le second par l'in- termédiaire du variateur de vitesse.
Si le rapport de transmission du variateur de vitesse est égal au rapport des rayons des pignons 7 et 50, les vi- tesses angulaires des planétaires 2 et 6 sont égales et de signes contraires : l'arbre mené 3 est immobile, le système est au point mort ,
Si le planétaire 6 tourne plus vite que le planétaire 2,
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l'arbre 3 se trouve entraîné dans le même sens que l'arbre 1; l'inverse de produit dans le cas contraire. Le rapport de trans- mission du variateur définit donc le mode de fonctionnement de l'ensemble du mécanisne.
Dans la marche directe-, la variation dudit rapport de transmission est assurée automatiquement par le régulateur à action centrifuge. Toutefois,la butée 33 limite cette variation à la valeur correspondant au point mort (position 0).
Si on désire passer en marche inverse, il suffit, après avoir éclipsé la butée 33, d'amener par un moyen manuel ou mécanique, le bras 27 au delà de la position 0 (position I). quant au fonctionnement dynamique du système dans le cas de la marche directe, ainsi qu'il a été expliqué au sujet du variateur seul, la joue mobile 15, dont la position détermine le rapport de transmission final du mécanisme,est soumise aux deux mêmes actions antagonistes.
D'une manière analogue, les joues mobiles subissent une poussée résultante dans le même sens que la poussée exercée sur la joue mobile 17 par le brin tendu 34 de la courroie 32, et qui tend à diminuer le rayon d'enroulement autour de l'arbre 1.
Or, il est évident (et on peut d'ailleurs le démontrer mathématiquement) que la tension des courroies à couple moteur constant, et par suite la poussée résultante qu'elles exercent sur la joue 15, varient en raison inverse de l'excès du rayon d'enroulement autour de l'arbre 1 sur la valeur de ce rayon correspondant au point mort. Les profils 39 et 41 doivent donc répondre, entre le rayon limite
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considéré et le rayon d'enroulement Maximum, à une loi de variation de l'action des billes identique à celle concernant le variateur seul. Pal suite, le même profil que celui vise par la fige 3 peut être adopté pour les rampes 39 et 41.
-lais, comme le montre lu fig. 7, on n'utilise de 'préférence qu'une région 44 de la courbe théorique d'équilibre pour le tracé du profil 41. Cette région est limitée vers l'arbre 1 en un point 46 où. sa tangente 45 fait, aveccet arbre, un angle légèrement inférieur à un angle droit, et par suite un angle faible avec la rampe 39.
Le profil 41 est constitué au delà du point 46 par cette même tangente 45.
Cette disposition permet d'éviter que la composante axiale F1 de la force centrifuge F dépasse une certaine limite pour les très petits rapports de transmission.
En effet, lorsque la bille 37 se rapproche de l'arbre 1, en glissant sur la partie courbe 44 de la rampe 41, la composante ? 1 croît jusqu'à un maximum atteint quand le point de contact de la bille est en 46. Quand ce point de contact 43 vient dans la région 45, la composante F 1 décroît proportionnellement au rayon de giration du centre de la bille. De ce fait une limite est également imposée à la tension des courroies lorsque le rapport de transmission devient très petit.
Comme les dispositifs précédents, le présent mécanisme assure un rapport de transmission automatique- meut variable, fonction à la fois de la vitesse de l'ar- bre conduit et du couple moteur, la vitesse motrice étant de plus maintenue constante à couple moteur co ns tan t .
Dans la variante de la fig. 8, analogue à celle
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de la fig. 4, le dispositif d'attelage est remplace par un ressort 55 travaillant à la compression et disposé entre le planétaire 6 et la joue mobile 21. Ce ressort s'oppose à la poussée des courroies 31 et 32 sur les joues mobiles 21 et 25.
On peut néanmoins conserver avantageusement l'un des bras tels que 28 pour commander les joues mobiles adjacentes et provoquer la marche arrière ou un freinage efficace par le moteur.
Le mécanisme conforme à l'invention rend le véhicule qui en est muni capable de performances remarquables, principalement sur parcours accidentés, puisqu'il est possible de cheminer constamment à la puissance maximum. Ce mécanisme permet aussi des reprises très énergiques après un trajet effectué à couple moteur réduit, puisque,par construction, la puissance maximum peut être retrouvée instantanément.
Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites et qu'on peut apporter à celles-ci toutes variantes de détail. En particulier, le nombre des poulies peut être quelconque.
Le dispositif d'attelage peut être remplacé par tout autre dispositif équivalent. De même, les profils des rampes peuvent être différents de ceux représentés,par exemple être symétriques, pourvu qu'ils fournissent, compte tenu de l'action des billes, une réaction qui équilibre la poussée des courroies. D'autre part, des différentiels de toute espèce (par exemple du type épicycloïdal) peuvent être adoptes. Enfin, les situations respectives des arbres menant, mené et auxiliaire par rapport aux éléments du différentiel peuvent être permutées.,