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" Variateur continu de vitesse "
L'invention concerne un système de transmission à friction dénommé variateur continu de vitesse.
Il se caractérise essentiellement par le fait que la trans- mission du mouvement de l'arbre moteur à l'arbre entraîné s'opère au moyen de galets qui sont montés fous sur des axes déplaçables et sont agencés de manière à s'engager, d'une part, entre des disques annulaires tournant avec l'arbre moteur et, d'autre part, entre des disques annulaires concentriques par rapport aux susdits disques'et tournant avec l'arbre entraîné, chaque série de disques étant soumise à une pression axiale, de préférence réglable, tandis que la position des axes des galets par rapport aux deux séries de disques peut être réglée d'une façon continue pour varier en conséquence le rapport de transmission.
A simple titre démonstratif, deux exemples de réalisation de l'objet de l'invention se trouvent décrits ci-après avec refe- rence aux dessins annexés dans lesquels :
Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un variateur de vitesse selon l'invention,
Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne brisée II-II de Fig. 1.
Fig. 3 montre une variante d'exécution d'un détail du mécanisme,
Fig. 4 montre les positions extrêmes des galets de transmis- sion par rapport aux disques moteurs et entraînés,
Fig. 5 est une vue en coupe axiale d'une variante d'exécution du variateur, @
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Fig. 6 est une vue partielle en coupe suivant la ligne VI-VI de Fig. 5, et
Fig. 7 montre la construction des galets de transmission dans le cas des Fig. 5-6.
Dans l'exemple illustré en Fig. 1-4, l'appareil comporte un flasque 1 pouvant s'adapter sur toute machine motrice, par exemple un moteur électrique ou autre, et formant palier pour l'arbre moteur 2, qui sera en général l'arbre du moteur de commande. Un manchon 3 est réuni à l'arbre 2, par exemple par des clavettes ou cannelures, et porte une série de disques annulaires 4 qui sont réunis, également par des clavettes au analogues, au dit manchon, de sorte que les organes 3 et 4 participent au mouvement de rota- tion de l'arbre 2.
L'arbre entraîné ou récepteur 5 est supporté par un flasque 6 qui peut s'adapter sur tout organe approprié de la machine à. commander. Un manchon 7, rendu solidaire de l'arbre 5, porte intérieurement des disques annulaires 8, y réunis par des clavettes ou analogues, de façon que les organes 5,7 et 8 tournent ensemble.
Des galets 9, montés fous sur des axes 10, sont agencés entre les disques 4 et 8 de façon que chaque galet s'engage, d'une part, entre deux disques 4 et, d'autre part, entre deux disques 8. Trois au plusieurs galets 9, répartis angulairement dans un mène plan et dont les axes se trouvent à la même distance de l'axe général de l'appareil, coopèrent avec une même paire de disques 4 et 8.
Suivant les applications, ces disques peuvent être établis en fonte, bronze, acier ou aaier trempé rectifié, ferrodo, etc...
Dans chaque série de disques, ceux-ci sont soumis à une pression axiale qui pousse l'un vers l'autre les disques de chaque paire, de manière à exercer une pression convenable sur les galets 9 engagés entre eux. Dans l'exemple illustré en Fig. 1-2, des ron- délies Belleville 11 et 12 agissent respectivement sur les deux séries de disques 4,8. Les rondelles situées à l'extrême droite s'appuient chacune sur une butée solidaire du manchon correspon- dant 3,7, tandis que celles situées à l'extrême gauche s'appuient contre des écrous de réglage 13, 14 qui permettent d'adapter la pression élastique des rondelles aux conditions de travail dans chaque cas particulier. Le même effet peut être obtenu à l'aide de ressorts 15,16, tel que montré en Fig. 3.
Les axes 10 des galets 9 sont portés par des chapes 17 pou- vant tourillonner autour des axes 18 fixée dans le flasque 1. Les extrémités 19 des bras 20 solidaires des chapes 17 s'engagent dans des rainures profilées 21 pratiquées dans un plateau de commande 22, qui est guidé entre le flasque 1 et un boîtier 23 qui enferme
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le mécanisme Pour la clarté du dessin, l'élément 19 a été ramené, en Fig. 1, dans le plan de coupe, bien qu'il se trouve en dehors de celui-ci, comme montré en Fig. 2.
Une poignée de manoeuvre 24 peut se déplacer dans une fenêtre du boîtier 23 et permet de modifier la position des organes 19 dans les rainures 21, en faisant pivoter les chapes 17, de façon à varier la position des axes 10 et à changer la profondeur de pénétration des galets 9 entre les disques 4 et 8, ce qui a pour effet de modifier le rapport de transmissiono
En effet, l'arbre moteur 2 transmet un mouvement uniforme aux disques 4 et, par l'intermédiaire des galets 9, aux disques 8 qui entraînent l'arbre récepteur 5, la position des galets déter- minant le rapport des vitesses de rotation des disques récepteurs 8 par rapport aux disques moteurs 4.
En posant (Fig. 4) :
N = vitesse de l'arbre moteur 2 (constante),
Ni = vitesse de l'arbre récepteur 5 (variable),
R = rayon moyen des disques moteurs 4,
R1 = rayon moyen des disques récepteurs 8, r = rayon d'entraînement, du côté moteur, sur les galets 9, r1 = rayon d'entraînement, du côté récepteur, sur les galets 9,
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on aura N l == R N .. R. l' 1'1 l .
NRR étant constant, r1 détermine donc le rapport de varia-
R1 tion. On voit donc que Ni variera de façon continue entre les rapports extrêmes des rayons utilisés sur les galets 9.
La Fig. 4 montre les deux positions extrêmes des galets 9.
Si l'on a par exemple, R1 = 2R et r1 = 2r = r' = 2ri, les deux valeurs de Ni pour les positions illustrées seront :
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1 2R r et N' = N. R.r=W N1 2R 2r 4
La vitesse Ni varie donc de façon continue de N à N/4
Si l'on pose ri = 3r = r' = 3r'1, on obtient pour Ni les valeurs extrêmes 1,5 N et N6' soit un rapport extrême 1/9.
Dans l'exemple illustré, l'appareil comporte deux rangées de trois galets, manoeuvrées en synchronisme et avantageusement mon- tées par paires sur les axes 10. Le nombre de rangées de galets pourrait encore être augmenté, si la puissance à transmettre deve- @
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nait plus grande. Dans le même but on pourrait augmenter le nombre de galets par rangée, mais l'emploi de rangées de trois galets est cependant favorable, notamment au point de vue de la répartition uniforme des efforts.
On comprendra que la forme des rainures 21 détermine la prai- dité de déplacement des axes 10 des galets 9, et donc la sensibilité de la commande. Si l'on désire réaliser de brusques variations de vitesse, les rainures 21 peuvent même être disposées radialement.
Il est avantageux de donner aux galets 9 une forme conique, de manière à faire varier la tension élastique des rondelles 11, 12 ou analogues selon la pénétration des dits galets entre les disques 4,8, qui exécutent alors un certain coulissement sur leur support. De cette façon, la pression de serrage sur les galets devient d'autant plus forte que leur rayon de travail devient plus petit, ce qui est rationnel. La pente des galets est déter- minée sur la base de considérations de frottement et d'ajustement des pressions sur les disques, selon les conditions de travail.
Il va de soi que toutes les parties tournantes seront montées sur roulements à billes, rouleaux ou aiguilles, bien que, afin de ne pas nuire à sa clarté, le dessin montre simplement des portées lisses.
Si l'on désire réaliser des rapports de variation plus grands, deux ou plusieurs mécanismes variateurs selon l'invention peuvent être combinés en un même ensemble. Un tel appareil à deux étages est montré en Fig. 5-6, chaque étage correspondant, en substance, à la construction suivant Fig. 1-2, mais ne comportant chacun qu'une rangée de trois galets de transmission. Le manchon 7 est toutefois remplacé par un manchon 25 jouant le rôle d'intermédiaire et tournant fou sur le moyeu 26 du flasque 6. Dans le deuxième étage, les disques 27, tournant ensemble avec les disques 8, sont moteurs, tandis que les disques 28 sont récepteurs et entraînent l'arbre 5, la transmission se faisant par 1'intermédiaire de galets 29 indépendants des galets 9.
Le déplacement des galets 9 et 29 doit s'opérer de telle manière que les uns s'engagent entre les disques 8 tandis que les autres se dégagent des disques 27.
De cette façon, le système double réalise un rapport extrême de transmission qui est le carré (par exemple 1/16) de celui réalisé 6 dans chaque étage (par exemple 1). Si une puissance plus grande , 4 doit être transmise, chaque étage peut comporter plusieurs rangées de galets, comme dans le cas des Fig. 1-2.
La commande synchronique des deux séries de galets 9 et 29 peut être réalisée par des commandes distinctes, mais peut être obtenue d'une manière très simple en reliant chaque galet 9 à un @
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galet 29 décalé de 120 , à l'aide d'une chape 30 solidaire d'une chape 17. Agencés symétriquement de part et d'autre de l'axe 18, les galets 9 et 29 effectueront donc des déplacements angulaires égaux mais de sens opposés, sous l'action de la commande opérée par la poignée 24 et le bras 20.
Grâce à son faible encombrement, sa légèreté et sa facilité de manoeuvre, le variateur selon l'invention convient aux applica- tions les plus diverses, notamment aux machines-outils, où il peut être utilisé non seulement pour la commande de broches, mais aussi de tous mouvements auxiliaires.
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"Continuous speed variator"
The invention relates to a friction transmission system called a continuous speed variator.
It is essentially characterized by the fact that the transmission of movement from the motor shaft to the driven shaft takes place by means of rollers which are mounted idly on movable axes and are arranged so as to engage, d 'on the one hand, between annular discs rotating with the motor shaft and, on the other hand, between annular discs concentric with the aforesaid discs' and rotating with the driven shaft, each series of discs being subjected to an axial pressure , preferably adjustable, while the position of the axes of the rollers relative to the two sets of discs can be continuously adjusted to vary the transmission ratio accordingly.
By way of illustration, two embodiments of the object of the invention are described below with reference to the appended drawings in which:
Fig. 1 is an axial sectional view of a speed variator according to the invention,
Fig. 2 is a sectional view taken along the broken line II-II of FIG. 1.
Fig. 3 shows an alternative embodiment of a detail of the mechanism,
Fig. 4 shows the extreme positions of the transmission rollers in relation to the motor and driven discs,
Fig. 5 is an axial sectional view of an alternative embodiment of the variator, @
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Fig. 6 is a partial sectional view taken along line VI-VI of FIG. 5, and
Fig. 7 shows the construction of the transmission rollers in the case of Figs. 5-6.
In the example illustrated in FIG. 1-4, the apparatus comprises a flange 1 which can be adapted to any driving machine, for example an electric motor or the like, and forming a bearing for the motor shaft 2, which will generally be the shaft of the control motor. A sleeve 3 is joined to the shaft 2, for example by keys or splines, and carries a series of annular discs 4 which are joined, also by similar keys, to said sleeve, so that the members 3 and 4 participate in the rotational movement of the shaft 2.
The driven or receiver shaft 5 is supported by a flange 6 which can be adapted to any suitable member of the machine. order. A sleeve 7, made integral with the shaft 5, internally carries annular discs 8, joined there by keys or the like, so that the members 5, 7 and 8 rotate together.
Rollers 9, mounted idly on pins 10, are arranged between the discs 4 and 8 so that each roller engages, on the one hand, between two discs 4 and, on the other hand, between two discs 8. Three or several rollers 9, angularly distributed in a flat lead and whose axes are at the same distance from the general axis of the device, cooperate with the same pair of discs 4 and 8.
Depending on the applications, these discs can be made of cast iron, bronze, steel or hardened rectified steel, ferrodo, etc ...
In each series of discs, they are subjected to an axial pressure which pushes the discs of each pair towards one another, so as to exert suitable pressure on the rollers 9 engaged between them. In the example illustrated in FIG. 1-2, Belleville burrs 11 and 12 act respectively on the two series of discs 4,8. The washers located at the extreme right each rest on a stop integral with the corresponding sleeve 3.7, while those located at the extreme left rest against the adjusting nuts 13, 14 which allow to adapt the elastic pressure of the washers at the working conditions in each particular case. The same effect can be obtained with the aid of springs 15,16, as shown in Fig. 3.
The pins 10 of the rollers 9 are carried by yokes 17 which can be journaled about the pins 18 fixed in the flange 1. The ends 19 of the arms 20 integral with the yokes 17 engage in profiled grooves 21 made in a control plate. 22, which is guided between the flange 1 and a housing 23 which encloses
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the mechanism For clarity of the drawing, element 19 has been brought back, in FIG. 1, in the section plane, although it is outside it, as shown in Fig. 2.
An operating handle 24 can move in a window of the housing 23 and makes it possible to modify the position of the members 19 in the grooves 21, by rotating the yokes 17, so as to vary the position of the axes 10 and to change the depth of penetration of the rollers 9 between the discs 4 and 8, which has the effect of modifying the transmission ratio.
In fact, the motor shaft 2 transmits a uniform movement to the discs 4 and, by means of the rollers 9, to the discs 8 which drive the receiver shaft 5, the position of the rollers determining the ratio of the rotational speeds of the receiver discs 8 compared to motor discs 4.
By posing (Fig. 4):
N = speed of motor shaft 2 (constant),
Ni = speed of the receiver shaft 5 (variable),
R = average radius of motor disks 4,
R1 = average radius of the receiving discs 8, r = driving radius, on the motor side, on rollers 9, r1 = driving radius, on the receiving side, on rollers 9,
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we will have N l == R N .. R. l '1'1 l.
NRR being constant, r1 therefore determines the variation ratio
R1 tion. It can therefore be seen that Ni will vary continuously between the extreme ratios of the radii used on the rollers 9.
Fig. 4 shows the two extreme positions of the rollers 9.
If we have for example, R1 = 2R and r1 = 2r = r '= 2ri, the two values of Ni for the illustrated positions will be:
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1 2R r and N '= N. R.r = W N1 2R 2r 4
The speed Ni therefore varies continuously from N to N / 4
If we set ri = 3r = r '= 3r'1, we obtain for Ni the extreme values 1.5 N and N6', ie an extreme ratio 1/9.
In the example illustrated, the apparatus comprises two rows of three rollers, operated in synchronism and advantageously mounted in pairs on the pins 10. The number of rows of rollers could be further increased, if the power to be transmitted increases.
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is born taller. For the same purpose, the number of rollers per row could be increased, but the use of rows of three rollers is nevertheless favorable, in particular from the point of view of the uniform distribution of forces.
It will be understood that the shape of the grooves 21 determines the speed of movement of the axes 10 of the rollers 9, and therefore the sensitivity of the control. If it is desired to make sudden variations in speed, the grooves 21 can even be arranged radially.
It is advantageous to give the rollers 9 a conical shape, so as to vary the elastic tension of the washers 11, 12 or the like according to the penetration of said rollers between the discs 4,8, which then perform a certain sliding on their support. In this way, the clamping pressure on the rollers becomes all the stronger as their working radius becomes smaller, which is rational. The slope of the rollers is determined on the basis of friction considerations and adjustment of the pressures on the discs, depending on the working conditions.
It goes without saying that all rotating parts will be mounted on ball bearings, rollers or needles, although, in order not to affect its clarity, the drawing simply shows smooth staves.
If it is desired to achieve larger variation ratios, two or more variator mechanisms according to the invention can be combined into a single assembly. Such a two-stage apparatus is shown in FIG. 5-6, each storey corresponding, in substance, to the construction according to Fig. 1-2, but each comprising only one row of three transmission rollers. The sleeve 7 is however replaced by a sleeve 25 playing the role of intermediary and rotating idle on the hub 26 of the flange 6. In the second stage, the discs 27, rotating together with the discs 8, are motors, while the discs 28 are receivers and drive the shaft 5, the transmission being done by means of rollers 29 independent of the rollers 9.
The movement of the rollers 9 and 29 must take place in such a way that some engage between the disks 8 while the others disengage from the disks 27.
In this way, the double system achieves an extreme transmission ratio which is the square (eg 1/16) of that achieved 6 in each stage (eg 1). If a greater power, 4 is to be transmitted, each stage may have several rows of rollers, as in the case of Figs. 1-2.
The synchronous control of the two series of rollers 9 and 29 can be achieved by separate controls, but can be obtained in a very simple way by connecting each roller 9 to a @
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roller 29 offset by 120, using a yoke 30 integral with a yoke 17. Arranged symmetrically on either side of the axis 18, the rollers 9 and 29 will therefore perform equal angular displacements but in direction opposite, under the action of the control operated by the handle 24 and the arm 20.
Thanks to its small size, its lightness and its ease of maneuvering, the variator according to the invention is suitable for the most diverse applications, in particular for machine tools, where it can be used not only for controlling spindles, but also of all auxiliary movements.