FR3080163A3 - Transmission a variation continue de vitesse - Google Patents

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Constantin Jipa
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Renault SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H15/00—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
    • F16H15/02—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members without members having orbital motion
    • F16H15/04—Gearings providing a continuous range of gear ratios
    • F16H15/06—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B
    • F16H15/26—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a spherical friction surface centered on its axis of revolution
    • F16H15/30—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a spherical friction surface centered on its axis of revolution with internal friction surface

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Friction Gearing (AREA)

Abstract

L'invention propose une transmission (10) comprenant un organe d'entrée (12) ayant une surface sphérique (22), un organe de sortie (14) ayant une surface sphérique de sortie (28) qui sont coaxiaux, un arbre (16) de transmission du couple entre les organes d'entrée (12) et de sortie (14) qui est monté pivotant autour d'un axe de réglage (A3) et qui porte un rouleau d'entrée (36) convexe arrondi coopérant avec la surface associée, et un dispositif commandé (30, 42) de réglage pour faire pivoter l'arbre de transmission de couple (16) autour de l'axe de réglage (A3) pour régler le rapport de vitesses de rotation (RS/RE) entre l'organe de sortie (12) et l'organe d'entrée (14).

Description

" Transmission à variation continue de vitesse "
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne une transmission à variation continue de vitesse, aussi appelée CVT (Continuous Variable Transmission), communément utilisée dans de nombreux domaines, et notamment dans le domaine des véhicules automobiles.
ARRIERE PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION
On connaît de nombreuses conceptions d'une transmission à variation continue de vitesse du type à courroie coopérant avec des cônes.
On connaît aussi des transmissions à billes comportant un agencement de plusieurs billes portées par une structure et qui coopèrent avec des organes d'entrée et de sortie pour transmettre un mouvement d'entrée à un organe de sortie en faisant varier le régime de rotation de l'organe de sortie par rapport au régime de rotation de l'organe d'entrée en fonction de la position des billes. Un tel dispositif de transmission est par exemple illustré par les documents US-A-201 2/01 1 5667, US-B-7.727.1 07, ou FR-A-2.996.276.
On connaît encore des transmissions à variation continue dites « toroïdales » comportant un agencement réglable de plusieurs galets convexes coopérant avec des surfaces d’entrée et de sortie toroïdales. Une telle conception est par exemple décrite et représentée dans le document US-A- US2004209729. L’invention vise à proposer une nouvelle conception d’une transmission à variation continue et réglable du rapport de transmission, ou régime de vitesses, qui soit du meilleur rendement possible en utilisant au maximum les surfaces de frottement / friction en contact.
BREF RESUME DE L'INVENTION L'invention propose une transmission à variation continue de vitesse comprenant : - un organe d'entrée de couple, aussi appelé organe d'entraînement, ayant une surface concave sphérique d'entrée ; - un organe de sortie de couple, aussi appelé organe entraîné, ayant une surface concave sphérique de sortie ; ces organes d'entrée et de sortie étant agencés de manière coaxiale et tournant dans le même sens autour d'un axe commun, et ayant leurs surfaces sphériques concaves respectives d'entrée et de sortie agencées en regard l'une de l'autre avec un centre commun ; - au moins un arbre de transmission du couple entre les organes d'entrée et de sortie qui comporte une extrémité d'entrée, une extrémité de sortie et un axe de rotation décalé radialement par rapport au centre commun aux surfaces concaves sphériques d'entrée et de sortie ; cet arbre de transmission de couple étant monté de façon pivotante autour d'un axe de réglage orthogonal à l’axe de rotation de l'arbre de transmission de couple et passant par le centre commun aux surfaces concaves sphériques d'entrée et de sortie ; - un rouleau d'entrée ayant une surface convexe arrondie coopérant avec la surface concave sphérique d'entrée et qui est lié en rotation à l'extrémité d'entrée de l'arbre de transmission ; - un rouleau de sortie ayant une surface convexe arrondie coopérant avec la surface concave sphérique de sortie et qui est lié en rotation à l'extrémité de sortie de l'arbre de transmission; - et un dispositif commandé de réglage pour faire pivoter l'arbre de transmission de couple autour de l’axe de réglage pour régler le rapport de vitesses de rotation entre l'organe de sortie et l'organe d'entrée.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - l’axe de réglage est orthogonal à l’axe commun aux organes d’entrée et de sortie ; - l’axe de rotation de l'arbre de transmission de couple s'étend dans un plan passant par ledit centre commun aux surfaces concaves sphériques d'entrée et de sortie ; - l’axe de rotation de l'arbre de transmission de couple s'étend dans un plan décalé (transversalement latéral) par rapport à un plan parallèle passant par le centre commun aux surfaces concaves sphériques d'entrée et de sortie ; - le rouleau d'entrée et / ou le rouleau de sortie a la forme d'un d'ellipsoïde de révolution ; - la transmission comprend un dispositif pour charger chacun des rouleaux d'entrée, de sortie, en appui de contact contre la surface concave sphérique d'entrée, de sortie, respectivement ; - ce dispositif de chargement sollicite l’arbre de transmission de couple selon une direction orthogonale à son axe de rotation et passant par le centre commun aux surfaces concaves sphériques d'entrée et de sortie ; - la transmission présente une symétrie générale de conception par rapport à un plan de symétrie contenant l’axe commun aux organes d’entrée et de sortie et qui est orthogonal à l’axe de réglage.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée des principaux composants d’un exemple de réalisation d’une transmission selon l’invention ; - les figures 2A à 2C sont trois vues schématiques en section axiale partielle de la transmission selon l'invention représentée à la figure 1 sur laquelle l’arbre de transmission de couple occupe successivement trois positions angulaires de réglage du rapport de transmission parmi lesquelles : une première position angulaire maximale, une position angulaire intermédiaire neutre et une deuxième position angulaire maximale opposée ; et - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2C qui illustre de manière schématique le dispositif de charge de l’arbre de transmission de couple.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes références.
Dans la suite de la description, on adoptera de manière non limitative des orientations longitudinale, verticale et transversale indiquées par le trièdre "L,V,T" des figures. On définit aussi un plan horizontal qui s'étend longitudinalement et transversalement.
On a représenté schématiquement aux figures, et notamment aux figures 1 et 3, un ensemble 10 de transmission à variation continue de vitesse qui est constitué essentiellement d'un châssis ou boîtier extérieur non représenté, d'un organe 12 d'entrée de couple, d'un organe 14 de sortie de couple et d'un arbre de transmission de couple 16. L’organe d’entrée de couple 12 et l’organe de sortie de couple 14 sont chacun monté à rotation par rapport au boîtier fixe autour d’un axe commun de rotation A1, les deux organes 12 et 14 étant ainsi coaxiaux et alignés selon cet axe commun A1. L’organe d’entrée de couple 12 est un organe de révolution autour de l’axe commun A1 et il comporte un arbre rotatif d’entrée 18 et une coupelle 20 qui lui est liée en rotation et qui comporte une surface sphérique concave 22 centrée sur l’axe commun A1.
Plus précisément, la surface sphérique concave 22 est ici une calotte sphérique concave. L’organe de sortie de couple 14 est un organe de révolution autour de l’axe commun A1 et il comporte un arbre rotatif de sortie 24 et une coupelle 26 qui lui est liée en rotation et qui comporte une surface sphérique concave 28 centrée sur l’axe commun A1.
Plus précisément, la surface sphérique concave 28 est ici une calotte sphérique concave. L’agencement réciproque de l’organe d’entrée de couple 12 et l’organe de sortie de couple 14 dans le boîtier fixe est tel que les deux surfaces concaves sphériques d’entrée 22 et de sortie 28 sont centrées sur l’axe commun en un centre commun C.
Le couple est transmis de l’organe d’entrée de couple 12 vers l’organe de sortie de couple par l’arbre de transmission 16 qui est monté libre à rotation, ou tournant, autour de son axe longitudinal A2 dans une monture 30. A cet effet, la monture 30 comporte un palier 32 de guidage en rotation de l’arbre de transmission de couple 16 et ce dernier est immobilisé axialement selon son axe A2 par rapport au palier 32 et à la monture 30. A une première extrémité d’entrée 34, l’arbre de transmission de couple 16 est muni d’un rouleau, ou galet, d’entrée de couple 36 qui lui est solidaire en rotation. A une seconde extrémité 38 de sortie 38, l’arbre de transmission de couple 16 est muni d’un rouleau, ou galet, de sortie de couple 40 qui lui est solidaire en rotation.
Ainsi, toute rotation appliquée au rouleau d’entrée 36 est transmise au rouleau de sortie 40.
Les deux rouleaux sont ici de conception et de dimensions identiques. Chaque rouleau d’entrée 36 ou de sortie 40 est de profil externe convexe et il est par exemple en forme d’ellipsoïde de révolution centré sur l’axe A2 de l’arbre de transmission de couple 16. L’arbre de transmission est agencé par rapport aux coupelles d’entrée 20 et de sortie 28 de telle manière qu’il s’étende ici dans le plan vertical contenant l’axe commun A1.
La monture 30, avec l’arbre de transmission de couple 16, est montée pivotante dans les deux sens par rapport aux coupelles d’entrée 20 et de sortie 26 autour d’un axe de réglage A3 qui est ici concourant avec l’axe commun A1et qui est orthogonal à ce dernier. A cet effet, la partie supérieure 31 de la monture 30, opposée à sa partie inférieure logeant le palier 32, est solidaire d’un arbre transversal de réglage 42 qui s’étend selon une direction orthogonale à l’axe A2 de rotation de l’arbre de transmission de couple 16. L’arbre 42 de réglage est monté à rotation dans le boîtier fixe selon un agencement tel que son axe géométrique transversal A3 de pivotement est concourant avec l’axe commun A1 et passe par le centre C commun aux surfaces sphériques concaves d’entrée 22 et de sortie 28.
De manière à faire pivoter la monture 30, et donc l’arbre de transmission de couple 16, autour de l’axe de réglage A3, l’arbre de réglage 42 est entraîné en pivotement dans les deux sens par un actionneur commandé non représenté.
Cet entraînement est tel que l’arbre de transmission de couple 16 peut occuper une infinité de positions angulaires entre les deux positions angulaires maximales illustrées aux figures 2A et 2C pari lesquelles on distingue une position dite neutre illustrée à la figure 2B dans laquelle l’axe A2 de l’arbre de transmission de couple 16 est parallèle à l’axe A1 commun aux coupelles d’entrée 20 et de sortie 26.
La transmission de couple s’effectue par frottement ou friction entre d’une part la surface concave sphérique d’entrée 22 et le rouleau d’entrée 36 et, d’autre part, le rouleau de sortie 40 et la surface concave sphérique de sortie 28.
Ainsi, le rouleau d’entrée 36 est en contact de friction en appui sur la surface concave d’entrée 22 en une première zone ou point P1, tandis que le rouleau de sortie 40 est en contact de friction en appui sur la surface concave de sortie 28 en une seconde zone ou point P2.
Chacun de ces contacts s’effectue entre une portion de surface externe convexe d’un rouleau et une portion de surface concave de la coupelle associée à l’intérieur de laquelle le rouleau « roule », de préférence sans glissement relatif.
Pour maintenir chaque rouleau d’entrée 26 et de sortie 40 en appui sous charge, il est prévu un dispositif de chargement ou de sollicitation axiale qui est conçu pour agir sur l’arbre de transmission de couple 16 selon une direction DC qui est globalement orthogonale à son axe de rotation et qui s’étend de préférence dans un plan orthogonal à l’axe A3 de réglage.
Le dispositif de chargement est par exemple constitué par un ressort 44 qui est représenté schématiquement à la figure 3 et qui est agencé de manière à solliciter la partie inférieure de la monture 30 selon la flèche F par rapport à sa partie supérieure 31.
Selon une autre conception non représentée, le dispositif de chargement pourrait être du type à vérin hydraulique alimenté à travers la monture 30 et l’arbre de réglage 42.
En considérant par exemple la figure 3, en section par le plan vertical et longitudinal médian passant par l’axe A1 commun aux organes d’entrée 12 et de sortie 14, Le point de contact de friction P1 est situé à une première distance radiale R1 de l’axe A1 (dite rayon d’entrée R1), tandis que le point de contact de friction P2 est situé à une seconde distance R2 de l’axe A1 (dite rayon de sortie R2).
Toute variation de la position angulaire de l’arbre de transmission de couple 16 autour de l’axe de réglage A3 provoque une variation simultanée de la valeur des rayons d’entrée R1 et de sortie R2. C’est le rapport dimensionnel des rayons d’entrée R1 et de sortie R2 qui détermine le rapport de transmission RT entre l’organe d’entrée 12 et l’organe de sortie 14.
Ainsi, le régime de rotation RS de l’arbre de sortie 24 est égal au régime de rotation RE de l’arbre d’entrée 18 multiplié par le rapport R1/R2, soit RS/RE = R1/R2.
Ainsi, si R1 = R2 alors RS = R1.
Dans la position angulaire de réglage illustrée à la figure 2A, le rapport R2/R1 est maximal et cela permet notamment de transmettre le maximum de couple à l’arbre de sortie 24, et donc aux roues motrices (non représentées) d’u véhicule reliées à cet arbre de sortie 24.
Au contraire, dans la position de réglage illustré à la figure 2C, le rapport R2/R1 est minimal et on obtient une valeur maximale de RS pour une valeur déterminée de RE qui est par exemple le régime de rotation d’un moteur équipant le véhicule qui est relié à l’arbre d’entrée 18. L’axe que l’axe de rotation A2 de l'arbre de transmission de couple 16 s'étend ici dans un plan passant par l’axe commun A1 et le centre commun.
En variante, il peut s’étendre dans un plan décalé latéralement (transversalement) par rapport à un plan parallèle passant par au centre commun C. Pour équilibrer certains efforts, on peut alors prévoir une symétrie de conception faisant appel à deux arbres jumelé de transmission de couple portés par une monture commune.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Transmission (10) à variation continue de vitesse comprenant : - un organe d'entrée (12) ayant une surface concave sphérique d'entrée (22) ; - un organe de sortie (14) ayant une surface concave sphérique de sortie (28) ; les organes d'entrée (12) et de sortie (14) étant agencés de manière coaxiale et tournant dans le même sens autour d'un axe commun (A1), et ayant leurs surfaces sphériques concaves respectives d'entrée (22) et de sortie (28) agencées en regard l'une de l'autre avec un centre commun (C) ; - au moins un arbre (16) de transmission du couple entre les organes d'entrée (12) et de sortie (14) qui comporte une extrémité d'entrée (34), une extrémité de sortie (38) et un axe de rotation (A2) décalé radialement par rapport au centre (C) commun aux surfaces concaves sphériques d'entrée (22) et de sortie (28) ; l'arbre de transmission de couple (16) étant monté de façon pivotante autour d'un axe de réglage (A3) orthogonal audit axe de rotation (A2) et passant par ledit centre commun (C) ; - un rouleau d'entrée (36) ayant une surface convexe arrondie coopérant avec la surface concave sphérique d'entrée (22) et qui est lié en rotation à l'extrémité d'entrée (36) de l'arbre de transmission de couple (16) ; - un rouleau de sortie (40) ayant une surface convexe arrondie coopérant avec la surface concave sphérique de sortie (28) et qui est lié en rotation à l'extrémité de sortie (38) de l'arbre de transmission de couple (16) ; - et un dispositif commandé (30, 42) de réglage pour faire pivoter l'arbre de transmission de couple (16) autour de l’axe de réglage (A3) pour régler le rapport de vitesses de rotation (RS/RE) entre l'organe de sortie (12) et l'organe d'entrée (14).
  2. 2. Transmission à variation continue selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’axe de réglage (A3) est orthogonal audit axe commun (A1).
  3. 3. Transmission à variation continue selon la revendication 2, caractérisée en ce que l’axe de rotation (A2) de l'arbre de transmission de couple (16) s'étend dans un plan passant par ledit centre commun (C).
  4. 4. Transmission à variation continue selon la revendication 2, caractérisée en ce que l’axe de rotation (A2) de l'arbre de transmission de couple (16) s'étend dans un plan décalé latéralement par rapport à un plan parallèle passant par ledit centre commun (C.)
  5. 5. Transmission à variation continue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rouleau d'entrée (36) et / ou le rouleau de sortie (40) a la forme d'un d'ellipsoïde de révolution.
  6. 6. Transmission à variation continue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif (34) pour charger chacun des rouleaux d'entrée (36), de sortie (40), en appui de contact contre la surface concave sphérique d'entrée (22), de sortie (28), respectivement.
  7. 7. Transmission à variation continue selon la revendication 6, dans laquelle le dispositif de chargement (34) sollicite l’arbre de transmission de couple selon une direction (DC, F) orthogonale à son axe de rotation (A2) et passant par ledit centre commun (C).
  8. 8. Transmission à variation continue selon l'une quelconque des revendications précédentes ayant une symétrie de conception par rapport à un plan de symétrie contenant ledit axe commun (A1) et qui est orthogonal à l’axe de réglage (A3).
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