Variateur de vitesse à friction La présente invention a pour objet un varia teur de vitesse à friction, comportant deux élé ments de friction coaxiaux en forme de plateaux constamment sollicités l'un vers l'autre par des moyens élastiques, un élément de support co axial auxdits plateaux et un certain nombre de rouleaux de friction allongés disposés en étoile entre lesdits plateaux et articulés sur ledit élé ment de support, l'un des trois éléments étant fixe axialement, tandis que les deux autres élé ments peuvent être déplacés axialement.
Dans les variateurs de vitesse connus, les deux plateaux utilisent une même circonférence de contact sur chaque galet et l'on fait varier les rayons de roulement en faisant pivoter chaque galet dans un plan diamétral des pla teaux autour d'un axe d'articulation situé au centre dudit galet ou à proximité immédiate de ce centre.
Il est évident qu'avec une telle disposition, pour obtenir une gamme de variation du rap port des vitesses suffisamment étendue, il est nécessaire de donner aux galets un diamètre relativement important par rapport à celui des plateaux et de prévoir un angle d'inclinaison maximum considérable des galets.
Ces deux conditions impliquent une limita tion du nombre des galets, de sorte que ce dispositif d'entraînement par friction ne peut transmettre que des couples relativement fai bles.
Par ailleurs, l'inclinaison simultanée des galets, qu'on obtient en agissant directement sur ceux-ci, implique l'utilisation de mécanismes de commande compliqués et oblige à laisser fixe le support précité sur lequel les galets sont articulés.
Le variateur de vitesse selon l'invention est caractérisé en ce que lesdits rouleaux sont arti culés par l'une de leurs extrémités sur ledit élément de support de telle manière que lors qu'au moins l'un de ces deux autres éléments est déplacé axialement par rapport audit élé ment fixe contre l'action desdits moyens. élas tiques, lesdits rouleaux sont basculés simulta nément autour de leurs axes d'articulation afin de varier au moins l'un des rayons de roule ment de chacun desdits rouleaux sur lesdits plateaux et, par conséquent, le rapport de trans mission entre ces derniers.
Cette disposition présente l'avantage essen tiel que l'inclinaison des rouleaux n'est plus obtenue par action directe sur ceux-ci, ce qui permet, d'une part, de supprimer les mécanismes de commande compliqués précités et, d'autre part, de rendre tournant, si on le désire, le support coaxial aux plateaux. On obtient ainsi un véritable train planétaire qui peut être uti lisé de la même manière et dans un domaine d'application aussi étendu qu'un train d'engre nages épicycloïdal (différentiels, boîtes de vites ses, asservissements, etc...) mais avec l'avan tage additionnel que le rapport de transmission entre chaque planétaire et le porte-satellites est variable dans une gamme continue relativement étendue.
En outre, en utilisant la transmission entre un planétaire et le porte-satellites, on obtient un variateur de vitesse dont on peut faire varier le rapport de transmission entre une valeur finie et zéro.
Les rouleaux peuvent avoir deux généra trices diamétralement opposées chacune en con tact avec l'un des plateaux en un seul point, la droite déterminée par les deux points de contact de chaque rouleau ne passant jamais par l'axe d'articulation de celui-ci de façon qu'une incli naison de ces rouleaux provoque un décalage d'au moins l'un des deux points de contact en question le long des génératrices du rouleau considéré.
Cette disposition permet de répartir en étoile entre les plateaux un nombre de rou leaux aussi grand qu'on le veut et, par consé quent, de transmettre des couples considérables.
Bien entendu, lorsque le variateur est uti lisé comme train planétaire, on peut entraîner à volonté un ou deux de ses trois éléments et, en agissant sur l'inclinaison des rouleaux, faire varier la vitesse du ou des éléments restants.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, plusieurs formes d'exécution d'un variateur de vitesse à friction suivant l'invention La fig. 1 est une vue schématique mettant en évidence le principe d'un variateur de vitesse à friction connu.
La fig. 2 est une vue comparative montrant le principe d'un variateur de vitesse à friction constituant une desdites formes d'exécution.
La fig. 3 est une vue schématique d'une forme d'exécution dans laquelle un variateur de vitesse est utilisé comme différentiel dont l'un des planétaires est fixe.
La fig. 4 est une variante de la forme d'exé cution de la fig. 3 dans laquelle les deux pla teaux sont entraînés en sens inverses à partir d'un moteur commun. La fig. 5 représente une autre variante dans laquelle le porte-satellites est entraîné par un moteur.
La<U>fi-.</U> 6 représente une autre forme d'exé cution comportant deux paires de plateaux de friction.
La fig. 7 est une vue schématique d'un autre variateur de vitesse double dans lequel les deux plateaux de chaque paire sont entraînés en sens inverses, tous les plateaux étant entraî nés à partir d'un même moteur.
La fig. 8 est une coupe axiale d'une forme d'exécution constructive correspondant à la fig. 4.
Sur la fig. 1, on voit en 1 des galets plats dont l'axe de rotation XX' est articulé autour d'un autre axe (représenté schématiquement par le point<I>Y)</I> perpendiculaire à l'axe XX' et or thogonal à l'axe ZZ' des plateaux de friction coaxiaux 2 et 3. Cet ensemble est complété par des moyens (non représentés) pour maintenir les plateaux 2 et 3 en contact sous pression avec une circonférence de contact commune c sur la périphérie des galets plats 1.
Il est évident que si l'on fait varier l'incli naison de l'axe XX' de chaque galet, le rapport entre les rayons de roulement RI et R, dudit galet sur les plateaux 2 et 3, respectivement, est modifié, de sorte que si, par exemple, le plateau 2 tourne avec une vitesse constante w1, le pla teau 3 sera entraîné à une vitesse variable w,, égale à w1 - D'autre part, R.3 étant le rayon des galets 1,
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on a Rl = R, -f,
2R3 sin a a étant l'angle d'inclinaison du plan de rota tion de chaque galet sur l'axe ZZ' On voit que le rapport de transmission
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est fonction du diamètre 2R.3 des galets et de l'angle d'inclinaison a de ceux-ci, de sorte que, pour obtenir une gamme de variations d'une étendue donnée, il est nécessaire de choisir un diamètre donné des galets et une valeur maxi mum donnée de leur angle d'inclinaison.
Par exemple, si le rapport de transmission maximum à obtenir est 1/3, en supposant que l'on dispose d'un angle d'inclinaison maximum de 30 , ce qui donne sin a max = 1/2, on voit que R2 = 1/2 R3 et RI = 3 R2 = 3/2 R3.
Dans ces conditions, on peut démontrer aisément que le nombre maximum de galets pouvant être interposés entre les plateaux de friction est limité à trois.
Avec trois points de contact seulement, il est clair qu'on ne peut transmettre qu'un couple relativement faible.
La fig. 2 met en évidence, sous une forme schématique, le principe du variateur de vitesse à friction constituant la première forme d'exé cution.
Sur cette figure, on voit immédiatement que, dans un tel variateur, le rapport entre les rayons de roulement est indépendant du diamètre des galets, ce rapport étant exclusivement déter miné par les courbures relatives des surfaces de contact en présence, pour une inclinaison donnée b des galets.
Dans ces conditions, il est évident qu'on peut réduire à volonté le diamètre des galets, ce qui permet de disposer en étoile, entre les deux plateaux, autant de galets qu'on le désire pour assurer la transmission d'un couple pré déterminé.
Sur la fig. 2, les galets dont la surface de révolution est allongée, et qu'on désignera ci- après sous le nom de rouleaux pour les distin guer des galets plats des dispositifs antérieurs, sont désignés par la référence 4.
L'axe de rotation 5 de chaque rouleau est articulé en 6 sur un support 7 qui est tourillonné dans des paliers 8 et 9 sur un carter 10. En variante, le support 7 peut être fixé dans les paliers 8 et 9. Le plateau 11, d'un côté des rouleaux 4, et le plateau 12, de l'autre côté des- dits rouleaux, sont sollicités par des moyens élastiques (non représentés), de manière à être maintenus constamment en contact sous pres sion de part et d'autre desdits rouleaux. Les plateaux 11 et 12 sont coaxiaux et le support 7, lorsqu'il est tournant, a son axe de rotation confondu avec l'axe commun des plateaux.
En modifiant les positions axiales relatives d'au moins deux des trois éléments 7, 11 et 12, à l'aide de moyens non représentés, on peut faire varier à volonté, dans une gamme prédéter minée, l'inclinaison des axes de rotation 5 des rouleaux 4 et, par conséquent, le rapport entre les rayons de roulement RI et R2 des plateaux 11 et 12 sur les rouleaux 4.
Par ailleurs, il est évident qui si les cour bures des plateaux 11 et 12 et des génératrices des rouleaux 4 ne sont que légèrement diffé rentes, un très faible angle d'inclinaison b dé terminera un décalage axial important des deux circonférences de contact<I>Cl,</I> C2, sur chaque rouleau, et, partant, une variation considérable du rapport de transmission entre les plateaux 11 et 12.
En d'autres termes, l'inclinaison maxima des galets peut être déterminée à volonté par un choix convenable des courbures relatives des rouleaux et des plateaux. D'autres part, si le maximum d'inclinaison est suffisamment fai ble, l'axe d'articulation des galets peut être disposé à l'une ou l'autre de leurs extrémités, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un dépla cement relatif axial maximum important des plateaux.
Il doit être bien compris que le support 7 et les plateaux 11 et 12 peuvent être utilisés séparément, ou en combinaison, comme élé ments moteurs ou récepteurs.
Par exemple, on peut imprimer au support 7 une vitesse de rotation variable, soit en en traînant l'un des plateaux tout en immobilisant l'autre, soit en entraînant les deux plateaux dans le même sens ou en sens inverses. Il est éga lement possible d'entraîner le support 7 pour déterminer une rotation à vitesse variable des deux plateaux.
Enfin, comme d'ailleurs dans les transmis sions à friction connues, le support 7 étant maintenu fixe, l'un des plateaux peut être en traîné pour déterminer une rotation de l'autre à une vitesse variable.
La fig. 3 représente une forme d'exécution dans laquelle l'un des plateaux, dans l'exemple représenté le plateau 11, est solidaire d'un. carter 10, des ressorts 13 qui prennent appui sur ledit carter appliquant le plateau 11 sur les rouleaux 4. L'autre plateau 12, qui est tourillonné dans un palier 14 du carter 10, est immobilisé axialement par un palier de butée 15 contre l'action des ressorts 13.
L'axe de rotation de chaque rouleau est articulé en 6 sur le support tournant 7. L'axe 16 du support tournant 7 est tourillonné dans un palier 17 du carter 10 ; si l'on entraîne l'un des éléments 7 ou 12, l'autre tourne à une vitesse qu'on peut faire varier dans une gamme continue en déplaçant axialement le support 7 dans un sens ou dans l'autre. Ce déplacement axial est commandé par un dispositif quelcon que (non représenté).
Comme on peut le voir sur la figure, dans cette forme d'exécution les rouleaux présentent une courbure concave, cependant que les pla teaux sont convexes, le rayon de courbure des rouleaux étant, bien entendu, supérieur à celui des plateaux et les axes d'articulation 6 étant disposés à l'extrémité extérieure des rouleaux.
Dans la variante représentée sur la fig. 4, les plateaux 11 et 12 sont entraînés en sens inverses, l'arbre 18 du plateau 11 étant entraîné directement à partir d'un moteur, cependant que le plateau 12 est entraîné, par l'intermé diaire d'un pignon conique 19, claveté sur l'arbre 18 et en prise avec un autre pignon conique 20, fou, tourillonné sur le carter 10, ledit pignon 20 engrenant à son tour avec un troisième pignon conique 21 calé en rotation avec le plateau 12.
Le plateau 12 est maintenu en contact avec les rouleaux 4 par des ressorts 22, cependant que l'autre plateau 11 est immobilisé axiale- ment par un palier de butée 23. Les ressorts 22 sont logés dans des gorges pratiquées dans un disque 24 calé en rotation avec le plateau 12 et en butée contre un palier axial à billes 25 solidaire du carter 10.
Un@carter intérieur 26 est solidaire du pla teau 12 et son moyeu cannelé 27 peut coulis ser sur une partie conjuguée du pignon 21 ; avec cette disposition, le plateau 12, le carter 26 et le pignon 21 tournent comme un tout.
Comme dans la forme d'exécution précé- dente, les axes de rotation des rouleaux 4 sont articulés sur des axes 6 solidaires d'un moyeu 28 de l'arbre 29.
Dans l'exemple représenté sur la fig. 4, les rouleaux 4 ont la forme de tonneaux, tandis que les zones de roulement des plateaux sont constituées par des gorges annulaires concaves, les axes d'articulation 6 des rouleaux 4 étant disposés à proximité de l'arbre 29.
Le fonctionnement de ce variateur est le suivant Les plateaux 11 et 12 sont entraînés à partir du moteur à la même vitesse, mais en sens inverses. Dans la position moyenne des rouleaux 4 représentée sur la figure, dans la quelle les rayons de roulement sur les deux plateaux sont égaux, ce qui entraîne l'égalité des vitesses d'entraînement circonférentielles des plateaux, les rouleaux 4 tournent autour des axes 5 sans déterminer aucune rotation de l'arbre 29.
D'une manière plus générale, dans un va riateur dans lequel la vitesse angulaire du pla teau 11 diffère de celle du plateau 12, la posi tion moyenne des rouleaux 4 pour laquelle l'arbre 29 reste immobile est celle dans laquelle les rayons de roulement sur les plateaux sont inversement proportionnels aux vitesses an gulaires des plateaux
EMI0004.0012
Dans ces conditions, si l'arbre 29 est dé placé axialement au moyen d'un dispositif tel que représenté schématiquement sur la fig. 4 sous la forme d'un levier de commande manuel 30 engagé dans une gorge annulaire d'une bague 31, les axes 5 sont inclinés autour des axes 6, cependant que les plateaux 11 et 12 sont écartés l'un de l'autre contre l'action des ressorts 22.
Les rayons de roulement des plateaux 11 et 12 deviennent différents et, par conséquent, il en est de même des vitesses d'entraînement circonférentielles des deux plateaux.
Les rouleaux 4, les axes 5 et, partant, l'ar bre 29, sont entraînés dans le même sens que celui des deux plateaux dont la vitesse circon- férentielle est la plus grande, la vitesse de rota tion de l'arbre 29 étant fonction des rayons de roulement des rouleaux 4 sur les deux pla teaux.
On peut démontrer que la vitesse angulaire wlz de l'arbre 29 est proportionnelle à la diffé rence entre les rayons de roulement des pla teaux
EMI0005.0003
w", étant la vitesse angulaire des plateaux et <I>RI,</I> R@ les rayons de roulement.
Par ailleurs, étant donné que les deux pla teaux sont reliés par l'intermédiaire des pignons 19, 20 et 21 et que le plateau ayant le plus grand rayon de roulement entraîne l'autre, on peut démontrer que, pour un couple résistant donné agissant sur l'élément entraîné, la puis sance demandée au moteur reste constante.
La fig. 5 représente une autre forme d'exé cution dans laquelle l'élément 7 qui supporte les rouleaux 4 est entraîné à partir d'un moteur, les plateaux 11 et 12 étant solidaires en rota tion de deux arbres de sortie 32 et 33, respec tivement.
Dans l'exemple représenté, le couple -est transmis à partir du moteur par l'intermédiaire de deux pignons coniques 34 et 35, de sorte que l'arbre moteur 36 est perpendiculaire aux deux arbres de sortie 32 et 33. On voit que la disposition générale des éléments, dans cette forme d'exécution, est analogue à celle d'un différentiel de voiture automobile.
Dans cet exemple, le variateur fonctionne de la manière suivante: dans la position moyenne des rouleaux pour laquelle les rayons de roulement sont égaux, les -deux plateaux sont entraînés par les rouleaux à une même vitesse égale à celle du support 7, en supposant que les couples résistants agissant sur les deux pla teaux soient égaux entre eux.
Dans le cas où les couples résistants sont déséquilibrés, le variateur joue le rôle d'un différentiel. Si l'on déplace l'un des plateaux axialement dans un sens .ou dans l'autre, le rapport entre les rayons de roulement varie et des couples résistants égaux agissant sur les deux plateaux déterminent des forces résistantes tangentielles, inversement proportionnelles aux- dits rayons. Le plateau auquel est appliquée la force tangentielle la plus faible est entraîné à une vitesse plus élevée que l'autre, et ceci, pro portionnellement aux rayons de roulement.
On peut démontrer que, dans un véhicule automobile, une telle transmission peut être utilisée avantageusement, non seulement comme différentiel, mais encore comme dispositif de direction.
A cet effet, il suffit d'entraîner les deux roues motrices arrière du véhicule à partir des deux arbres de sortie du variateur de vitesse et d'agir, par une commande, sur la position axiale relative des plateaux par rapport aux galets pour imprimer auxdites roues motrices des vi tesses de rotation égales ou différentes. Si les deux roues motrices sont entraînées à des vi tesses différentes, le véhicule tend à virer du côté de la roue qui est entraînée le plus lente ment.
Dans cet exemple, on a donné aux rouleaux 4 la forme de demi-tonneaux. Avec cette dis position, l'un seulement des deux points -de contact entre chaque rouleau et les plateaux est décalé axialement le long des génératrices du rouleau, lorsqu'on incline celui-ci par rap port à la position moyenne représentée sur la fig. 5.
La fig. 6 représente une autre forme d'exé cution dans laquelle on utilise deux transmis sions identiques, analogues à celle de la fig. 3. Cette disposition permet, d'une part, de dou bler la puissance transmise tout en disposant d'un variateur de vitesse à friction et, d'autre part, de supprimer toute poussée des éléments tournants sur leur butée axiale.
En se référant à la fig. 6, on voit en 11 et 12, 11' et 12', respectivement, deux paires de plateaux entre lesquels sont serrés, en con tact sous pression, des rouleaux 4 et 4', tour nant autour d'axes 5 et 5'. Ceux-ci sont à leur tour articulés en 6 et 6' sur un arbre 37.
Un ressort 38 interposé entre les plateaux 12 et 12' tend à les écarter et à incliner les rouleaux 4 et 4' vers l'extérieur. Cette action du ressort 38 est contrecarrée par les plateaux 11 et 11' qui sont sollicités l'un vers l'autre par des moyens appropriés.
Dans l'exemple représenté sur la fig. 6, les moyeux des plateaux 11 et 11' forment des pistons 39 et 39' montés à coulissement, res pectivement dans des cylindres 40 et 40' for més à cet effet dans le carter 41.
Des moyens hydrauliques, pneumatiques ou analogues établissent une pression de fluide dans les cylindres 40 et 40', ladite pression étant transmise, par l'intermédiaire des pis tons 39 et 39', aux plateaux 11 et 11' respec tivement.
Avec cette disposition, si l'on fait varier la pression régnant dans les cylindres 40 et 40', par exemple au moyen d'un levier de com mande manuelle 140, les plateaux 11 et 11' peuvent être déplacés, ce qui permet d'incliner simultanément les rouleaux 4 et 4' d'un angle désiré.
Les plateaux 12 et 12' qui sont mobiles axialement dans les deux sens sont entraînés en rotation par l'intermédiaire de leur partie cannelée en prise avec les cannelures conju guées du moyeu 42 du pignon 43. Ce dernier est, à son tour, en prise avec un autre pignon 44 claveté sur l'arbre 45.
Ce variateur fonctionne d'une manière ana logue à celui de la fig. 3. Grâce à la disposition des éléments par paires, aucune poussée axiale n'est transmise des éléments tournants aux bu tées.
Dans le variateur représenté sur la fig. 7, on voit en 11, 12, 11', 12', deux paires de plateaux entraînés en rotation à partir d'un arbre 45 à la même vitesse, mais en sens in verses, grâce à l'interposition d'un engrenage différentiel comportant un pignon droit fixe 46, des satellites 47 et 48 tourillonnés dans le pla teau 11 et un pignon 49 solidaire en rotation du plateau 12'. Les plateaux 11 et 11', d'une part, et les plateaux 12 et 12', d'autre part, sont reliés au moyen de cannelures, cette dis position permettant des déplacements axiaux relatifs entre les plateaux de chaque paire.
Les rouleaux 4 et 4' qui tournent autour d'axes 5 et 5' sont articulés en 6 et 6' sur le support tournant 7, lequel est claveté sur l'arbre de sortie 50. Des moyens assurent une friction suf fisante entre les rouleaux 4 et 4' et les plateaux 11, 12, 11', 12', respectivement.
Dans l'exemple représenté sur la fig. 7, les plateaux 12 et 12' tendent à s'écarter l'un de l'autre sous l'action de ressorts 51, tandis que les plateaux 11 et 11' sont sollicités l'un vers l'autre sous l'action d'un fluide sous pres sion contenu dans un cylindre 52 solidaire du plateau 11', ledit fluide sous pression agissant sur un piston 53 solidaire de l'arbre 45 et, par conséquent, du plateau 11.
On comprendra aisément que, dans la posi tion relative des éléments tournants pour la quelle les rayons de roulement sur chaque paire de plateaux sont égaux entre eux, les rouleaux prennent une certaine inclinaison, ce qui dé termine une rotation de l'arbre de sortie à une vitesse qui est fonction de la position du piston 53 dans le cylindre 52. On peut voir sur la fig. 7 que toutes les poussées axiales sur les organes correspondants des deux éléments de la transmission double sont égales et opposées et, par conséquent, s'annulent entre elles, de sorte qu'aucun des éléments tournants n'exerce de poussées résultantes sur ces butées.
La forme d'exécution constructive repré sentée sur la fig. 8 comporte les mêmes élé ments essentiels que le variateur de la fig. 4, et ces éléments ont été désignés sur les deux figures par les mêmes références numériques.
Dans l'exemple représenté sur la fig. 8, le pignon 20 est claveté sur un arbre moteur 101 tourillonné dans deux roulements à billes 102 et 103. Le plateau 12 est constitué par deux éléments montés à coulissement l'un dans l'au tre, comme représenté en 12a, 12b, lesdits éléments tendant à s'écarter l'un de l'autre sous l'action de ressorts 104. L'élément 12a du plateau 12 est tourillonné sur le plateau 11 par l'intermédiaire d'un palier axial et radial 105. Le plateau est, à son tour, tourillonné sur le moyeu 28 d'un arbre de sortie 107 par l'intermédiaire d'un roulement à aiguilles 108.
Le plateau 12 est tourillonné sur l'arbre de sortie 107 également par un roulement à ai guilles 109 et dans le carter 110 par un palier radial et axial 111. Chaque galet 4 est monté sur deux roulements à billes 112 et 113 portés par son axe de rotation 5. Enfin, l'élément 12a du plateau 12 est tourillonné sur le carter 110 par un palier radial et axial 114. La commande de l'inclinaison des rouleaux 4 est assurée par une tige 115 sur laquelle est tourillonné le moyeu 28, par l'intermédiaire d'un double pa lier à billes de poussée axiale 116 entre les deux rangées de billes duquel est interposé un flasque 117 calé à cet effet sur la tige 115.
Comme exposé ci-dessus, une très faible incli naison des rouleaux est suffisante pour déter miner une variation importante de la vitesse de rotation du porte-satellites et, par consé quent, de l'arbre de sortie 107. Il est donc nécessaire de prévoir une commande extrême ment précise de ladite inclinaison. Dans l'exem ple représenté sur la fig. 8, cette commande est micrométrique ; on l'obtient en vissant plus ou moins une partie filetée 118 de la tige 115 dans un écrou fixe 119 solidaire du carter 110.
Dans cette forme d'exécution, la formule pré cédemment indiquée à propos de la fig. 4 mon tre que, dans la position moyenne des rouleaux représentée sur la fig. 8, étant donné que RI = R, on a
EMI0007.0007
tandis que, dans la position d'inclinaison maxi mum des rouleaux, si R., = 2R1, on a
EMI0007.0010
Il va de soi qu'on peut modifier dans une large mesure la forme des surfaces de friction des rouleaux et des plateaux, la seule condi tion nécessaire étant que les courbures rela tives desdites surfaces de friction soient telles que chaque rouleau ait, dans toutes ses posi tions, deux génératrices diamétralement oppo sées,
tangentes intérieurement chacune à l'un des plateaux en un seul point.