Variateur de vitesse comportant deux courroies trapézoïdales La présente invention a pour objet un variateur de vitesse comportant deux courroies trapézoïdales. Un tel variateur permet de changer une vitesse de rotation dans un rapport arbitraire entre certaines limites, la variation étant obtenue en écartant deux joues coniques entraînant une courroie placée entre elles, la courroie ayant une section trapézoïdale et étant entraînée par les parois latérales.
Les machines de ce genre ayant à transmettre une puissance assez importante doivent comporter plu sieurs courroies qui fonctionnent parallèlement. Or les différentes courroies utilisées dans une même machine peuvent avoir des dimensions légèrement différentes. Ceci peut résulter des défauts de fabrication ou des différences d'usure entre les courroies ; de même les poulies peuvent présenter des différences prove nant également de la fabrication ou de différence d'usure.
De toutes ces différences il peut résulter entre les diverses transmissions parallèles des écarts de fonctionnement d'où il résulte des glissements rela tifs des courroies les unes par rapport aux autres se traduisant par des surcharges sur certaines cour roies et une perte de puissance pour la transmission, la puissance transmise étant inférieure au produit de la puissance transmissible par une courroie multiplié par le nombre des courroies.
L'invention a pour objet un variateur de vitesse comportant deux courroies, dans lequel l'effort sur les deux courroies est automatiquement partagé.
Un tel appareil permet d'utiliser les deux cour roies à leur pleine capacité et transmet une puissance pratiquement double de celle que peut transmettre une seule des deux courroies.
On connaît déjà des dispositifs permettant d'ac coupler deux machines fonctionnant chacune comme variateur de vitesse ; un tel dispositif permet d'équi librer les charges appliquées aux deux machines et peut dans certains cas offrir une solution de dépan nage mais ce dispositif n'est pas pratique et n'a pas eu beaucoup de succès parce qu'il présente de nom breux inconvénients : l'ensemble des deux machines est très encombrant ; le rendement de la transmis sion n'est pas aussi élevé que ce que l'on pourrait espérer parce qu'il y a de nombreux paliers et des organes de liaison qui absorbent de l'énergie ;
il y a deux machines à fixer au sol au lieu d'une, ce qui pose des problèmes d'alignement pour les différents arbres de ces deux machines : il faut pour chaque ligne d'arbres aligner quatre paliers, il faut en plus que les deux machines aient rigoureusement les mêmes distances entre leurs axes, il faut faire coin- cider simultanément trois lignes d'arbres, ce qui pose des problèmes de réglage axiaux délicats ;
or les accouplements peuvent avoir à transmettre des pous sées axiales passant par les arbres, certaines pous sées axiales peuvent être transmises d'un arbre à l'arbre qui le prolonge en passant par l'intermédiaire des deux carters des deux machines et par les fixa tions au sol.
Pour toutes ces raisons un tel dispositif n'a pas donné satisfaction.
On connaît également des systèmes de transmis sion différentiels constitués de deux paires de pou lies. Ces dispositifs présentent l'inconvénient que l'équilibrage des deux transmissions est assuré par un dispositif hydraulique compliqué et d'un fonctionne ment délicat.
Le variateur de vitesse selon l'invention comporte deux courroies trapézoïdales. Il est caractérisé en ce qu'il comporte un carter, un arbre d'entrée et un arbre de sortie, l'arbre d'entrée portant deux pou lies côte à côte, constituées chacune de deux joues dont l'écartement est variable, la joue de chaque poulie située du côté de la poulie voisine étant fixée sur l'arbre, tandis que les joues placées extérieure ment à l'ensemble des deux poulies sont solidaires en rotation de l'arbre mais peuvent glisser axiale ment sur l'arbre, l'arbre de sortie portant également deux poulies côte à côte,
constituées chacune de deux joues dont l'écartement est variable, les deux joues extérieures de l'ensemble de ces deux poulies étant fixées sur l'arbre de sortie, les deux joues intérieures étant solidaires en rotation de l'arbre de sortie mais pouvant glisser axialement sur cet arbre et étant sollicitées à l'écartement au moyen d'un ressort,
les joues extérieures des deux poulies de l'arbre d'entrée sont solidaires chacune d'un man chon fixé au milieu d'un bras situé dans un plan per pendiculaire à l'arbre d'entrée, deux des extrémités de ces deux bras étant liées à une commande qui agit en déplaçant les extrémités correspondantes des bras en sens contraire (écartement ou rapproche ment).
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du variateur, objet de rin- vention.
La fig. 1 est une vue en coupe d'une première forme d'exécution d'un variateur de vitesse équilibré à deux courroies ; la fig. 2 est une seconde forme d'exécution d'un variateur avec deux sorties liées par une relation différentielle, remplaçant par exemple, la boîte de vitesse et le différentiel d'une voiture automobile, et la fig. 3 représente une variante d'un dispositif de commande du variateur.
Le variateur de la fig. 1 comporte un carter 1, un arbre d'entrée 2 et un arbre de sortie 3. L'arbre 2 porte deux joues coniques 4 et 5 fixées à l'arbre, et deux joues coniques 6 et 7 solidaires en rotation de rarbre 2 mais pouvant glisser axialement. Les deux joues 4 et 6 d'une part et 5 et 7 d'autre part constituent respectivement deux poulies à diamètre variable, le diamètre pratique de la - poulie étant déterminé par la largeur de la courroie trapézoïdale utilisée, qui est constante en service, et par l'écarte ment des joues mobiles,
ce que l'on peut commander par le dispositif décrit ci-après. Deux bras 8 et 9 articulés en leur milieu sur des couronnes qui sont solidaires des joues 6 et 7 en translation axiale mais pas en rotation, c'est-à-dire ces couronnes sont indé pendantes de la rotation de l'arbre 2, sont fixées à leurs extrémités 10 et 11,
par des articulations à une tringle 12 pouvant coulisser dans des orifices appro priés 13 et 14 du carter. Un système quelconque 15 est prévu pour pouvoir bloquer cette tringle. Les autres extrémités 16 et 17 des deux bras 8 et 9 sont liées à une tige de commande 18 actionnée par un volant 19, ou de préférence par un dispositif décrit en détails sur la fig. 3 ; la tige de commande porte à ses extrémités deux filetages de sens inverses et les bras 8 et 9 sont articulés sur deux écrous adaptés à ces filetages.
On voit qu'en manaeuvrant le volant 19, on peut rapprocher ou écarter les deux joues 6 et 7, par conséquent augmenter ou diminuer le rayon des deux poulies de la même valeur. En déplaçant la tringle 12, on déplace les joues 6 et 7 dans le même sens, dans ce mouvement la somme des rayons d'enroulement reste constante, cela permet de corriger une différence d'épaisseur entre les cour roies ou d'obtenir un effet différentiel comme on le verra en regard de la fig. 2.
L'arbre de sortie 3 porte également quatre joues 20, 21, 22 et 23. Les joues 20 et 23 sont fixes sur l'arbre 3, tandis que les joues 21 et 22 sont solidai res en rotation de cet arbre mais peuvent coulisser axialement dessus. Un ressort 24 les maintient écar tées. Ces quatre joues constituent deux poulies à diamètre variable, comme sur l'arbre d'entrée 2. Ici, le diamètre n'est pas commandé mais résulte des positions et des tensions des courroies 25 et 26 ; ces positions sont déterminées par l'écartement des joues 6 et 7 commandé par le volant 19. Pour soulager la commande du volant, les extrémités 16 et 17 des bras 8 et 9 peuvent être rapprochées par un res sort 27.
Avantageusement, les ressorts 24 et 27 peuvent comporter des dispositifs cinématiques permettant d'adapter la tension du ressort à la poussée des courroies. En fonctionnement, on débloque la trin gle 12 en desserrant le système 15 et l'on fait tour ner la machine à vide. Elle se règle toute seule, la tringle 12 se plaçant à la position voulue pour com penser les différences d'épaisseur et de longueur des deux courroies 25 et 26. On bloque alors le système 15 et la machine peut fonctionner. Le réglage doit être vérifié périodiquement. Les deux joues 21 et 22, qui exercent nécessairement les mêmes poussées sur les faces latérales des deux courroies se placent naturellement de façon telle que les courroies trans mettent des puissances égales.
Une première caractéristique du variateur est la symétrie qu'il présente par rapport au plan per pendiculaire aux arbres d'entrée et de sortie. Cette caractéristique est très avantageuse, entre autres avantages elle facilite le montage, diminue le prix de revient, diminue le nombre des pièces détachées et permet d'insérer facilement le variateur quelles que soient les positions relatives de l'organe moteur et de l'organe récepteur, qui peuvent être placés indifféremment aux deux extrémités des arbres 2 et 3.
La disposition des bras 8 et 9, avec la tringle 12 permet un ajustement automatique conduisant à une égale répartition du travail entre les deux cour roies. Si par exemple la courroie 26 est légèrement plus longue que la courroie 25, dans un dispositif ordinaire, la courroie 25 serait surchargée, tandis que la courroie 26 ne transmet qu'une faible puissance et peut même, dans certains cas, en absorber. Mais ici, le système 15 étant débloqué, la courroie 25 exerce sur la joue mobile 6 une poussée axiale plus forte que celle exercée par la courroie 26 sur la joue mobile 7, la tringle 12 se déplace donc vers la gau che, provoquant simultanément une diminution du diamètre d'enroulement de la courroie 26.
Les deux joues mobiles 21 et 22 se placent automatiquement à des positions correspondantes telles que les cour roies travaillent chacune autour de deux diamètres d'enroulement dans le même rapport. Les deux cour roies fonctionnent alors sans frottement, on bloque le système 15 et l'on peut charger la machine. On comprendra que ce réglage n'est rigoureux ou absolu que pour un rapport de transmission. (Si la différence entre les courroies n'existe qu'en épaisseur et qu'elles ont même longueur, le réglage rigoureux ou absolu pour tous les rapports, mais ce n'est pas le cas le plus fréquent.) Toutefois, si le rapport sur lequel le réglage est fait, est judicieusement choisi, on aura pratiquement un équilibre satisfaisant sur toute la plage de varia tion.
Par rapport aux dispositifs connus, celui-ci pré sente l'avantage d'avoir un encombrement total ré duit, dû au fait de la suppression de deux paliers sur quatre pour chaque ligne d'arbres et de la suppres sion des accouplements intermédiaires.
La rigidité générale de l'ensemble est augmentée. Le rendement de transmission est amélioré par la suppression de palier et d'organe de liaison.
Les conditions d'installation sont améliorées car il n'y a qu'une seule pièce à fixer au sol au lieu de deux et il n'y a plus de problème d'alignement des trois accouplements intermédiaires.
La fig. 2 représente une coupe schématique de l'application du variateur ci-dessus à un différentiel, par exemple pour une voiture automobile de faible puissance. Le système se distingue du précédent par deux caractéristiques 1) Il y a deux demi-arbres indépendants 31 et 32 à la sortie au lieu d'un seul, ces deux demi- arbres portant chacun une poulie ; 2) les extrémités 10 et 11 des bras 8 et 9 ne sont plus fixées au carter, mais reliées par une bielle 33.
Les mêmes éléments portent les mêmes réfé rences que sur la fig. 1. En fonctionnement, si le rapport des vitesses de rotation des arbres 31 et 32 doit s'écarter de l'unité, la bielle 33 s'écartera de sa position initiale, les diamètres des deux poulies d'entrée, c'est-à-dire les écarts entre les joues 4 et 6 d'une part et 5 et 7 d'autre part vont devenir différents et les courroies s'enrouleront automatique ment sur des diamètres différents dont le rapport correspond à celui imposé par la relation liant les vitesses de deux demi-arbres et dépendant elle-même d'un paramètre extérieur à l'appareil.
L'écart maximum entre les deux vitesses des demi-arbres 31 et 32 est limité dans les deux sens (minimum et maximum), par le plus petit et le plus grand rayon d'enroulement de chaque poulie, et il ne peut effectivement être réalisé que pour le rap port moyen de la transmission moyenne. Pour les rapports extrêmes de la transmission moyenne (les deux poulies au plus grand ou au plus petit diamètre), il n'y a pas d'effet différentiel, ce qui n'est pas un inconvénient, car les automobiles n'ont pas à tourner autour d'une des roues motrices et que la vitesse maxima d'une automobile doit être réduite en courbe, d'autant plus que la courbe est plus accentuée.
La diminution de plage résultant de l'effet dif férentiel (en automobile) est acceptable parce que les variations maxima possibles de la vitesse dans le variateur décrit sont nettement supérieures aux va leurs habituelles admises dans les boîtes de vitesse d'automobiles.
La fig. 3 représente une variante du dispositif de commande du variateur. Les extrémités 16 et 17 des bras 8 et 9 ne sont plus guidées d'une manière positive mais coulissent librement sur une tige 18a. Elles sont toujours reliées par un ressort d'équih- brage 27 qui a pour but de décharger la commande.
Le carter 1 porte un chapeau la retenant un écrou 51 solidaire d'un volant de commande 52. Cet écrou 51 commande le déplacement d'une tige filetée 53 dont l'extrémité porte une tête 54 reliée aux extrémités 16 et 17 des bras 8 et 9 par un sys tème de tiges articulées 55, 56, 57 et 58.
Un tel dispositif permet de mieux régler la varia tion du rapport de vitesse de la transmission en fonc tion de la position du volant de commande 52. En particulier, il est possible d'avoir une commande li néaire: pour deux rotations égales du volant 52 on a le même changement des valeurs des vitesses. Ce qui n'était pas possible avec une commande 19 agis sant directement sur la tige 18 (fig. 1 et 2).
On remarquera d'ailleurs que le parallélogramme articulé constitué par les tiges 55, 56 et les fractions 57a et 58a des tiges 57 et 58 situées par rapport au mécanisme de l'autre côté de l'articulation. 59 a simplement pour but d'amplifier le déplacement de l'articulation 59 pour augmenter la précision de la commande.
La commande simplifiée se réduirait le plus sim plement aux deux tiges 57b et 58b. On réalise ainsi un triangle dont les trois côtés 57b et 58b et la tige 18a sont déformables.
La déformation est réalisée en faisant varier la longueur de la tige l8a comprise entre les deux extrémités 16 et 17 des bras 8 et 9.
Variable speed drive comprising two trapezoidal belts The present invention relates to a variable speed drive comprising two trapezoidal belts. Such a variator makes it possible to change a speed of rotation in an arbitrary ratio between certain limits, the variation being obtained by separating two conical cheeks driving a belt placed between them, the belt having a trapezoidal section and being driven by the side walls.
Machines of this kind having to transmit a fairly large power must have several belts which operate in parallel. However, the different belts used in the same machine may have slightly different dimensions. This may be the result of manufacturing defects or differences in wear between the belts; likewise, the pulleys may exhibit differences also arising from manufacture or difference in wear.
From all these differences, there may be operating differences between the various parallel transmissions, which results in relative slippage of the belts with respect to each other, resulting in overloads on certain belts and a loss of power for the transmission. , the power transmitted being less than the product of the power transmissible by a belt multiplied by the number of belts.
The object of the invention is a speed variator comprising two belts, in which the force on the two belts is automatically shared.
Such an apparatus enables the two belts to be used to their full capacity and transmits a power practically double that which can be transmitted by only one of the two belts.
Devices are already known making it possible to couple two machines each operating as a speed variator; such a device makes it possible to balance the loads applied to the two machines and can in certain cases offer a troubleshooting solution, but this device is not practical and has not had much success because it presents many disadvantages: the set of two machines is very bulky; the efficiency of the transmission is not as high as one might expect because there are many bearings and connecting members which absorb energy;
there are two machines to be fixed to the ground instead of one, which poses alignment problems for the different shafts of these two machines: it is necessary for each row of shafts to align four bearings, in addition to the two machines have strictly the same distances between their axes, it is necessary to make three lines of shafts corner simultaneously, which poses delicate problems of axial adjustment;
now the couplings may have to transmit axial thrusts passing through the shafts, some axial thrusts may be transmitted from a shaft to the shaft which extends it, passing through the two housings of the two machines and by the fixed on the ground.
For all these reasons, such a device has not been satisfactory.
Differential transmission systems are also known consisting of two pairs of lice. These devices have the drawback that the balancing of the two transmissions is ensured by a complicated hydraulic device and delicate operation.
The speed variator according to the invention comprises two trapezoidal belts. It is characterized in that it comprises a casing, an input shaft and an output shaft, the input shaft carrying two side by side louses, each consisting of two cheeks whose spacing is variable, the cheek of each pulley located on the side of the neighboring pulley being fixed to the shaft, while the cheeks placed outside the assembly of the two pulleys are integral in rotation with the shaft but can slide axially on the shaft, the output shaft also carrying two pulleys side by side,
each consisting of two cheeks whose spacing is variable, the two outer cheeks of all of these two pulleys being fixed to the output shaft, the two inner cheeks being integral in rotation with the output shaft but being able to slide axially on this shaft and being biased apart by means of a spring,
the outer cheeks of the two pulleys of the input shaft are each integral with a sleeve fixed to the middle of an arm located in a plane perpendicular to the input shaft, two of the ends of these two arms being linked to a control which acts by moving the corresponding ends of the arms in the opposite direction (spacing or bringing together).
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the variator, object of the invention.
Fig. 1 is a sectional view of a first embodiment of a two-belt balanced variable speed drive; fig. 2 is a second embodiment of a variator with two outputs linked by a differential relationship, replacing, for example, the gearbox and the differential of a motor car, and FIG. 3 shows a variant of a drive control device.
The variator of fig. 1 comprises a housing 1, an input shaft 2 and an output shaft 3. The shaft 2 carries two conical cheeks 4 and 5 fixed to the shaft, and two conical cheeks 6 and 7 integral in rotation with rarbre 2 but can slide axially. The two cheeks 4 and 6 on the one hand and 5 and 7 on the other hand respectively constitute two pulleys with variable diameter, the practical diameter of the pulley being determined by the width of the trapezoidal belt used, which is constant in service, and by the separation of the mobile cheeks,
which can be controlled by the device described below. Two arms 8 and 9 articulated in their middle on rings which are integral with cheeks 6 and 7 in axial translation but not in rotation, that is to say these rings are independent of the rotation of shaft 2, are fixed at their ends 10 and 11,
by articulations to a rod 12 which can slide in appropriate orifices 13 and 14 of the housing. Any system 15 is provided to be able to block this rod. The other ends 16 and 17 of the two arms 8 and 9 are linked to a control rod 18 actuated by a steering wheel 19, or preferably by a device described in detail in FIG. 3; the control rod carries at its ends two threads in opposite directions and the arms 8 and 9 are articulated on two nuts adapted to these threads.
It can be seen that by operating the steering wheel 19, it is possible to bring the two cheeks 6 and 7 closer together or apart, consequently increasing or decreasing the radius of the two pulleys by the same value. By moving the rod 12, the cheeks 6 and 7 are moved in the same direction, in this movement the sum of the winding radii remains constant, this makes it possible to correct a difference in thickness between the belts or to obtain an effect. differential as will be seen with reference to FIG. 2.
The output shaft 3 also carries four cheeks 20, 21, 22 and 23. The cheeks 20 and 23 are fixed on the shaft 3, while the cheeks 21 and 22 are integral in rotation with this shaft but can slide axially. above. A spring 24 keeps them apart. These four cheeks constitute two pulleys of variable diameter, as on the input shaft 2. Here, the diameter is not controlled but results from the positions and tensions of the belts 25 and 26; these positions are determined by the spacing of the cheeks 6 and 7 controlled by the steering wheel 19. To relieve the control of the steering wheel, the ends 16 and 17 of the arms 8 and 9 can be brought together by a res sort 27.
Advantageously, the springs 24 and 27 may include kinematic devices making it possible to adapt the tension of the spring to the thrust of the belts. In operation, the trin gle 12 is released by loosening the system 15 and the machine is turned empty. It adjusts itself, the rod 12 being placed in the desired position to compensate for the differences in thickness and length of the two belts 25 and 26. The system 15 is then blocked and the machine can operate. The setting should be checked periodically. The two cheeks 21 and 22, which necessarily exert the same thrusts on the lateral faces of the two belts are placed naturally in such a way that the belts transmit equal powers.
A first characteristic of the variator is the symmetry that it exhibits with respect to the plane perpendicular to the input and output shafts. This feature is very advantageous, among other advantages it facilitates assembly, reduces the cost price, reduces the number of spare parts and allows easy insertion of the variator regardless of the relative positions of the motor member and the member. receiver, which can be placed at both ends of shafts 2 and 3.
The arrangement of the arms 8 and 9, with the rod 12 allows automatic adjustment leading to an equal distribution of work between the two belts. If, for example, the belt 26 is slightly longer than the belt 25, in an ordinary device the belt 25 would be overloaded, while the belt 26 only transmits low power and may even in some cases absorb some. But here, the system 15 being released, the belt 25 exerts on the movable cheek 6 a stronger axial thrust than that exerted by the belt 26 on the movable cheek 7, the rod 12 therefore moves to the left, simultaneously causing a decrease in the winding diameter of the belt 26.
The two movable cheeks 21 and 22 are placed automatically in corresponding positions such that the belts each work around two winding diameters in the same ratio. The two belts then operate without friction, the system 15 is blocked and the machine can be loaded. It will be understood that this adjustment is only rigorous or absolute for a transmission ratio. (If the difference between the belts is only in thickness and they are the same length, the tight or absolute setting for all ratios, but this is not the most common case.) However, if the ratio on which the adjustment is made, is judiciously chosen, there will be practically a satisfactory balance over the entire range of variation.
Compared to known devices, this has the advantage of having a reduced total bulk, due to the fact of the elimination of two bearings out of four for each line of shafts and the elimination of the intermediate couplings.
The general rigidity of the assembly is increased. The transmission efficiency is improved by eliminating the bearing and the connecting member.
The installation conditions are improved because there is only one piece to be fixed to the ground instead of two and there is no longer any alignment problem of the three intermediate couplings.
Fig. 2 shows a schematic sectional view of the application of the above variator to a differential, for example for a low power motor car. The system differs from the previous one by two characteristics 1) There are two independent half-shafts 31 and 32 at the outlet instead of just one, these two half-shafts each carrying a pulley; 2) the ends 10 and 11 of the arms 8 and 9 are no longer fixed to the housing, but connected by a connecting rod 33.
The same elements bear the same references as in fig. 1. In operation, if the ratio of the rotational speeds of the shafts 31 and 32 should deviate from the unit, the connecting rod 33 will deviate from its initial position, the diameters of the two input pulleys, ie. i.e. the gaps between the cheeks 4 and 6 on the one hand and 5 and 7 on the other hand will become different and the belts will automatically wind on different diameters, the ratio of which corresponds to that imposed by the relation between the speeds of two half-shafts and itself dependent on a parameter external to the device.
The maximum difference between the two speeds of the half-shafts 31 and 32 is limited in both directions (minimum and maximum), by the smallest and the largest winding radius of each pulley, and it cannot actually be achieved. than for the average ratio of the average transmission. For the extreme ratios of the medium transmission (the two pulleys at the largest or the smallest diameter), there is no differential effect, which is not a disadvantage, since automobiles do not have to turn around one of the driving wheels and that the maximum speed of an automobile must be reduced when cornering, especially as the curve is more accentuated.
The reduction in range resulting from the differential effect (in an automobile) is acceptable because the maximum possible variations in speed in the variator described are markedly greater than the usual values admitted in automobile gearboxes.
Fig. 3 shows a variant of the drive control device. The ends 16 and 17 of the arms 8 and 9 are no longer guided in a positive manner but slide freely on a rod 18a. They are always connected by a balancing spring 27 which aims to relieve the control.
The housing 1 carries a cap retaining a nut 51 integral with a control wheel 52. This nut 51 controls the movement of a threaded rod 53 whose end carries a head 54 connected to the ends 16 and 17 of the arms 8 and 9 by a sys tem of articulated rods 55, 56, 57 and 58.
Such a device makes it possible to better adjust the variation of the gear ratio of the transmission as a function of the position of the control wheel 52. In particular, it is possible to have a linear control: for two equal rotations of the wheel 52 we have the same change in speed values. This was not possible with a control 19 acting directly on the rod 18 (fig. 1 and 2).
It will also be noted that the articulated parallelogram formed by the rods 55, 56 and the fractions 57a and 58a of the rods 57 and 58 located relative to the mechanism on the other side of the articulation. 59 is simply intended to amplify the movement of the joint 59 to increase the precision of the control.
The simplified control would be reduced most simply to the two rods 57b and 58b. This produces a triangle whose three sides 57b and 58b and the rod 18a are deformable.
The deformation is achieved by varying the length of the rod 18a between the two ends 16 and 17 of the arms 8 and 9.