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Variateur de vitesse.
La. présente invention a pour objet un variateur de vitesse du type à friction dont la raison peut varier d'une façon rigoureusement continue. de.variateur est remarquable notamment en ce qu'il comporté au moins deux. éléments rotatifs tangents de révolution', à axes concourants, l'un mâle et l'autre femelle, et dont les génératrices sont constituées par deux poêlions d'une même courbe qui est, au moins très sensiblement, une tractrice, la directrice de cette tractrice correspondant, pour chaque élément à son axe de révolution, et lesdits, éléments étant montés de manière que par déplacement relatif de leurs axes .de révolution le point de contact puisse être déplacé tout au ¯ long,des deux portions de tractrice.
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Ce variateur est à roulement pur car, ainsi qu'on le démontrera plus loin, la tangente.commune aux deux tractrices, à leur point de contact, passe par le point de rencontre des deux axes de révolution; or on sait que o'est là la condition nécessaire et, suffisante pour qu'il y ait roulement pur.
Les deux portions, utilisées pour les deux génératrices, de la tractrice choisie peuvent être! soit entièrement distinctes et constituées par exemple par deux portions successives de cette tractrice, dans lequel cas le contact entre les deux éléments est réduità un point pour toute la longueur des génératrices; soit de préférence partiellement communes, les deux portions utilisées se chevauchant sur la traotrice choisie, dans lequel cas par emboîtement des deux éléments, leurs axes étant alors confondus, ces deux éléments sont en contact par toute la portion commune de tectrice, c'est-à-dire en fait sur toute la surface de révolution commune.
D'autre caractéristiques et avantages résulteront de la description qui va suivre.
Au ,dessin-annexé, donné uniquement à titre d'exemple!
La fig. 1 est une vue schématique, en coupe, d'un variateur suivant l'invention; la fig. 2 représente la tractrice dont deux portions constituent les génératrices des deux éléments de révolution du variateur de la fig. 1; la fig. 3 représente le même variateur, muni d'une butée d'auto-serrage progressif} les figs. 4 à 11 représentent, en coupe, d'autres variantes de variateurs suivant l'invention.
Selon l'exemple d'exécution représenté à la fig. l, le variateur comporte un élément mâle 1 et un élément femelle
2. L'élément mâle 1 a une surface3 de révolution, d'axe V-V, autour duquel tourne cet élément et cette surface roule, au \ 'cours de cette rotation, sur la surface, femelle 4.de l'élément 2
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Cette surface é 4i edt- -dé-:rovoitit èn autour li .1 Xe- IW. de i*o-Uit-ion ^ dudit 7.éiaent ¯,, - , -' ta génêtqtrice ab*'de 'la aurfaoe de révolution. âde /.;
l'ëlëment 1 est consti:Ué 1e. par Une pôrtion ab1 d*une courbe, qui est constituée par la traotrioe &BAt d'un certain module, -représentée a. la fig< ee m^me e la génératrice 'od de la surface 4 de l*élément 2 est constituée par une éutre portion
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0 'de la même branche de cette courbe, les deux portions
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a9 . et' d,se "chevauchent en élbl.
''On sait qu'une, traotrice de module donné est une courbe ±34,t symétrique par rapport, a. un,point/de rebroüsaement Bi et définie par le fait qu*une quelconque de .ses tangentes 1T . Qoûpe" une' droite déterminée XX, appelée directrice, iL une distance du,poirit de contact .1 de la tangente et de la
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courbe qui est constante et égale 'au module.. Cette tractrice peut être définie par diverses formules notamment par .la 'Suivantes
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t11 e . 7 a 19
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dans laquelle p représente la distance dtun potnt'queloonque
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de la tractrice à la directrice, m représente le module, s
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la longueur de l'arc BE1 de traotrioe, comptée à partir de son point de rebroussement B et e la bas*-cles logarithmes népériens.
Les deux éléments 1 et <S ont des dimensions telles que l'aro'e ou.cldl de tractrioe coïncidant avec la .génératrice ab ou od, la directrice XX de la tractrice coïncide avec l'axe de révolution Y1r ou WW de 11-élément 1 ou gi Il y'a lieu de-rappeler-quteu lieu de prendre des por- tions ibl et oldl cltune véritable tractrice, on peut, comme.
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..indiqué, prendre des portions d'une courbe qui est au
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moins très sensiblement une traotrice, crest-â=dire une courbe (formée soit d'un'ou plusieurs er-oa--ide cercle 'raccordés tangen-
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tiellement les uns aux autres, soit d'un seul arc de cercle,
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soit plus simplement par un segment de droite, etc...) dont la partie utile est sensiblement superposable à yne tractrice dont la directrice coïncide avec l'axe de révolution de la pièce considéree et dont le module est le même pour les deux pièces;
en effet, le ou les cercles et/ou/ droites dont peuvent ¯.être formées une telle courbe présentent des facilités pour l'usinage des pièces elles-mêmes et pour la réalisation du- mouvement des équipagemobiles.
Les deux éléments 1 et ainsi constitués sont, outre leurs-mouvements de rotation autour de leurs axes relatifs VV et WW, mobiles l'un. par rapport à l'autre, de manière telle que le point de rencontre 0 de leurs axes se déplace, permet- tant ainsi le déplacement du point de contact E de leurs géné- ratrices. C'est ainsi que les éléments 1 et2 peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre entre la position pour laquelle les deux axes sont confondus (élément 1 en l') les .deux éléments étant alors emboîtés et en contact sur tout leur pourtour par route la portion commune o1b1de la tractrice, et une position pour laquelle le point a de l'élément 1 est venu en contact en d avec l'élément2.
L'axe de l'un des éléments (2 par exemple) peut.. être fixe et celui de l'autre mobile, ou les deux peuvent être mobiles.
Soit, pour une position donnée, lepoint E de contact, la raison de la transmission, l'élément 1 étant menant et l'élément 2 mené, est
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<lJH i, Il' = H et I étant les projeàtions du point de contact A sur les axe VV et WW. On voit que cette raison décroît progressive-
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ment de 002 u 1 à 2."-, lorsque le point de contact E se 7701 " '1 dd' déplace de c à det inversement.
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Bien entendus.l'élément menant peut être l'élément 2 et les raisons'sont alors inverses des précédentes de même que leur variation.
Comme on l'a déjà indiqué, le variateur est du type à ,roulement pur, sans glissement. En effet, soit ET la tangente commune aux deux génératrices au point. de contact E. D'après la définition de la tractrice, la longueur de cette tangente entre le point E1 (fig. 2) correspondant au point'± et la directrice est constante tout au long de 'cette traotrioe, or ce sont les axes VV et WW qui matérialisent la directrice sur les deux éléments, donc les points d'intersection de la tangente ET avec les axes VV et WW sont confondus en un même point qui est donc le point de concours 0 desdits axes VV et WW.
La tangente passant par le point- de concours des axes, la condition néces- saire et suffisante pour qu'il µ ait roulement pur est donc bien réalisée, et ce, quel que soit le point E de contact entre a et d.
Bien entendu, il est nécessaire que le variateur puisse transmettre un couple. Ceci peut être obtenu de diverses ma- nières.
On peut par.exemple donner une fois pour toutes urie pression initial-e donnée entre les deux éléments 1 et 2 en 'leur' point E de.contacta
Une deuxième solution, de type connu en soi et qui permet de proportionner la pression de contact au couple à transmettre, consiste à assurer un auto-serrage par exemple comme représenté à lafig. 3. Suivant cet exemple d'exécution, la pièce 1 est folle sur son axe 5. Celui-ci comporte un épaulement 6 et entre cet épaulement et la tranche arrière 7 de l'élément 1 est disposée . une rampe d'auto-serrage 8, par exemple à billes 9. Cette rampe
8 est destinée à créer entre l'élément 1- et l'axe 5 une force axiale F proportionnelle au couple C d'entraînement transmis par cet axe.
La rampe d'auto-serrage donne une force axiale F qui est proportionnelle à C.-
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F =K C Aupoint de contact 1 on a :
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effort tangentiel = ## :¯C¯¯¯¯¯ î oxt tcnon-il EH Q sin 0.( Pression de contact en E=## ' Ka sinO<- sinx d'où
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effort tangentiel C 1 i pression de oontaot - X 0 7L K x 01ù - 1r:ïiï
Ce rapport est une constante, puisque dans une tractrice OE =m est constant. Il suffit que ce rapport soit légèrement inférieur au coefficient de frottement pour éviter tout glis- sement sans jamais avoir de pression surabondante au point de contact E.
La disposition avec rampe d'auto-serrage décrite assure donc un auto-serrage constamment et .exactement adapté au besoin.
Une troisième solution peut consister à faire en sorte que l'aire de contact au point E et autour de ce point soit assez grande sans qu'il y ait une usure exagérée du fait que lé mécanisme est à roulement pur au point E. On réalisera, dans ce but,. l'un des deux éléments en une matière dure et lisse, et l'autre élément en une matière moins dure et à grand coeffi- oient de frottement ainsi qu'il est d'usage courant dans les freins. Grâce à ce coefficient de frottement élevé, pour un couple donné, la pression de contact peut :.,être plus faible.
Cette solution permet donc une économie aur le prix de revient car, d'une part la fabrication demande à être moins précise, et d'autre part les pièces doivent être moins résis- tantes à couple transmis égal.
On peut également combiner la deuxième et troisième solutions ci-dessus, en ayant soin de préférence que la pièce réalisée dans la matière la moins dure et qui par suite¯s'use le plus,vite, soit celle qui comporte la rampe d'auto-serrage.
Cette disposition évite en effet que l'usure provoque un dépla- cement de la gamme de vitesses.
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Il y a lieu de noter que les surfaces et 4, obtenues à partir de deux portions se chevauchant d'une même tractrice, ont des rayons de courbure de plus en plus voisins au fur et à mesure qu'on s'approche de l'emboîtement,.du à la partie commune c1b1, ce qui permet de faire supporter aux deux pièces des pressions de plus en plus grandes donc de leur faire trans- mettre des forces tangentielles de plus en plus grandes sans risquer ni déformation permanente ni usure exagérée. Donc le dispositif permet la transmission d'un couple de-valeur pro- gressivement croissante au fur et à mesure que le point de contact se déplace de d vers l'emboîtement et ceci est vrai que les deux éléments soient de même nature ou de natures diffé- rentes.
Etant donné que la puissance maximum à transmettre est généralement constante, pour que le variateur travaille 'alors dans lesconditions optima, il importe quela sortie du variateur se fasse par la partie'mâle, de manière que la ' raison de la transmission décroisse au fur' et à mesure que le couple résistant croît, c'est-à-dire qu'on s'approche de l'emboîtement.
La fig. 4. représente un mode de réalisation qui permet de profiter encore mieux de cet avantage, l'emboîtement étant combiné avec les dispositifs auxiliaires du variateur, en l'espèce un mécanisme différentiel pour que losition'd'em- .boitement corresponde précisément au couple résistant maximum et à la Vitesse minimum.
Suivant cet exemple d'exécution, l'arbre d'entrée 10 entraîne par un train d'engrenages 11, 12 l'anneau 2 constituant l'élément femelle du variateur. Il entraîne également le pla- nétaire 13 d'un différentiel. D'autre part, l'élément mâle 1 entraîne par l'intermédiaire d'un train d'engrenages 14, 15, la cage 16 portant les satellites 17. Le deuxième planétaire 18 est.fixé sur l'arbre de sortie 19.
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Dans cet exemple, c'est l'élément 2 dont l'axe WW est mobile par rapport à l'axe VV de l'élément 1, lesdéplacements de l'élément 2 étant compatibles avec le train d'engrenages 11,12.
L'un des pignons, par exemple le pignon 11, est claveté coulissant sur l'arbre 10, grâce à une clavette 20, et suit l'élément 1 dans ses déplacements longitudinaux, tandis que les oscillations de l'axe WW sont possibles grâce à un jeu convenable prévu dans les dentures de l'engrenage 11, 12.
Avec un tel dispositif, la vitesse #' de l'arbre mené 19 et les vitesses # du planétaire 13 et u du porte-satellites 16 sont liées par la formule classique.
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' 1 u
La vitesse #' de l'arbre 19 dépend donc du rapport des -vitesses # et u des éléments 13 et 16 et les trains d'engrenages 11, 12et 13, 14 sont établis dé telle sorte que lorsque les éléments 1 et 2 sont emboîtés à fond, et ont la même vitesse, on ait # très voisin de 2 u. Dans ces conditions, la vitesse de l'arbre de sortie # ' est très faible, pratiquement nulle, mais, à ce moment, le couple C sur l'arbre 19 doit être très grand puisque la puissance transmise doit être constante.
Donc le couple que doit transmettre 1'élément 2 à l'élément 1 est alors considérable (il est égal à celui de sortie aux rapports du train 14:, 15 et du différentiel près). Mais, précisément à ce moment là, l'emboîtement des deux éléments permet par la ligne de contact od la transmission d'un tel couple*
A noter qu'on pourra disposer, éventuellement,'plusieurs dispositifs en série.
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Dans l'exemple d'exécution représenté à la fig. 5, l'élément mâle 1 solidaire par la butée à auto-serrage 8 de l'arbre 5 est en contact en E, par sa .génératrice ab, avec la génératrice cd-de l'élément femelle 2aen forme d'anneau.
Les deux génératrices 'ab' et od sont constituées par deux portions d'une,même tractrioe, les axes VV et WW représentant, comme dans les exemples précédents, les directrices de ces portions de tractrice; ges arbres se coupent en 0. L'axe VV est fixe, quant à l'anneau 2ail peut se déplacer de manière à faire varier'la position du point de contact E entre les deux génératrices. Les déplacements de cet anneau 2asont assurés par exemple par l'intermédiaire d'un roulement 21' de manière que les déplacements ainsi communiqués à l'anneau ne gênent pas sa rotation autour de l'axe WW.
L'entraînement de cet anneau 2a, s'il est menant, ou la transmission du -mouvement 8:il est mené, est assuré par une denture 22 ménagée à la péri-, phérie dé l'anneau. Cette denture est en prise avec un pignon à denture droite 23, claveté ou solidaire ,de l'arbre 24 qui'est ,l'arbre menant ou mené.
L'engrenage22, 23 est établi avec un.jeu'suffisant à fond de dents et les dents sont arrondies pour que l'engrène- ment reste compatible avec les oscillations de l'anneau 2a nécessaires pour déplacer le point de contact E. Il est visible que cet -engrènement n'est pas conforme aux règles .habituelles mais il s'en écarte peu surtout lorsque l'axe
VV de l'élément mâle 1 n'est pas.tout à fait dans- le même 'plan que l'axe Y-Y du pignon 23.
.Naturellement on peut combiner plusieurs dispositifs à tractrices suivant l'un quelconque des modes d'exécution susdéorits.. Les exemples, ci-après sont relatifs à de telles combinaisons.
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Dans l'exemple représenté à la fig. 6, la pièce mâle 1' et la pièce femelle 2" ont leurs axes V'V' et W"W" filles et dans le prolongement; ils ne peuvent être animés, autour de ces axes que d'un mouvement de rotation..Avec ces pièces, coopère une pièce intermédiaire 22 à la fois femelle en 2' et mâle en 1", chacune de ses parties 1" et 2' étant taillée en forme do tractrice conformément à l'invention. Elle est on contact avec les pièces l'et 2" respectivement en des points tels que Et et E". les tangentes en E' et E" se coupent en 0 au point d'intersection. de tous les axes.
La pièce 22 dont la partie 1" est rapportée et à auto-serrage en 8 est tenue par l'intermédiaire d'un roulement, à billes 23, par exemple par un équipage mobile qui se déplace lorsque l'on veut faire varier le rapport do vitesses.
De préférence, l'énergie motrice entrera dans le varias teur par la pièce 2", centrée par un roulement 24, et qui la transmettra par le contact E" à la pièce 2 (1", 2') qui elle-même la transmettra à la pièce 1' par le contact E'; cette pièce 1' entraînant l'axe de sortie 5'.
Dans l'exemple de la fig. 7, les pièces à axes fixes V'V' et V"V" sont les pièces mâles 1' et 1", et la pièce à axe mobile est la pièce femelle 24 comportant deux surfaces de roulement symétriques .2' et 2" d'axe WW. Cette pièce 24 vient, à chaque bout de la gamme, coiffer soit l'une soit l'autre des pièces 1 et 1".
La fig. 8 est relative à un mode d'exécution dans lequel les pièces à axes fixes w'w' et W"W" sont les pièces femelles 2' et 2", les pièces tilles 1' et 1" étant, au contraire, mobiles, mais formant bloc entre elles. La puissance actrice entre dans l'appareil, par exemple par un arbre 25 relié par un train d'engrenages 26, 27 à la pièce 2' qui transmet sa puissance à la pièce 1' par con- tact en Et; celle-ci transmet sa puissance à la. pièce 1"
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par l'axe 28 qui les relie. La pièce 1" à son tour transmet la puissance à la pièce 2" par l'intermédiaire du point de , contact E" et celle-ci est reliée par un train dengrenagee 29, 30 à l'arbre de sortie 31.
A chaque.bout de gamme, soit la pièce l' soit la pièce 1" vient s'emboîter à fond dans l'anneau 2' ou 2" qui lui correspond. Les divers axes concourront en 0' et 0".
Dans la variante représentée à la fig. 9, les pièces fixes sont les pièces mâles 1' et 1". L'équipage mobile est constitué par l'ensemble des anneaux '' et 2" qui engrènent l'un avec l'autre par dep dentures latérales 32, .En outre, ces anneaux sont portés par l'intermédiaire de roulements 34 par un chariot support 35 à quatre roues 36 dont deux sont représentées au dessin. Ce chariot roule sur des chemins de roulement 37, tels que les déplacements du chariot permet- tent de déplacer les points de contact E'E" des anneaux avec leurs éléments mâles conjugués. ceux-ci d'axe fixe commun VV sont reliés par les rampes à auto-serrage 8', 8" sur des arbres coaxiaux 5', 5", reposant par l'intermédiaire de roulements 38 dans des paliers support's 39 et 40.
L'énergie entre dans l'appareil par exemple par l'arbre 6' et elle est transmise en E' à l'anneau: 2'. Celui-ci par son engrènement aveo l'anneau entraîne cet anneau, qui en E" actionne l'élément 1". A chaque bout de gamme, ltun des anneaux 2' ou 2" vient emboîter l'élément mâle qui lui correspond.
Dans l'exemple de la fig. 10, l'énergie motrice est appliquée par l'arbre 41 et le train 42, 43 à l'anneau fixe 2' qui transmet cette puissance à l'élément mâle 1' par le point de contact E'. Cet élément 1'retransmet sa puissance à l'anneau 2" par un train d'engrenages 44, 45 de démultiplioa- tion appropriée. L'anneau 2" retransmet la puissance à l'élé- ment mâle 1" par le point de contact E". L'équipage mobile est constitué par l'ensemble des pièces 1' et 1" qui, à un bout
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de gamme, viennent coiffer ou emboîter les pièces correspon- dantes 2' et 2".
Enfin, dans l'exemple de la fige 11, la puissance motrice de l'arbre 46 est transmise par le train 47, 48 à l'anneau 2' dont l'axe W'W' est fixe, et qui retransmet cette puissance à l'élément mâle 1'par l'intermédiaire du point de contact Et L'élément 1' transmet sa puissance à l'anneau 2" par un engrenage droit 49, 50 de démultiplication appropriée; l'anneau 2" retransmet la puissance par le point de contact E" à l'élément mâle 1' d'axe fixe V"V".
L'équipage mobile est constitué par l'ensemble despièces 19 et 2" qui, à un bout de gamme, viennent respectivement s'emboîter et coiffer les pièces correspondantes, et qui, pour le reste de la gamme, se déplacent dans l'espace de telle sorte que leurs axes ooncourent toujours avec les axes des pièces conjuguées et que les contacts précités soient effectivement assurés.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple. En particulier, les dispositifs des figs. 5, 6, 10 et 11 peuvent avantageusement être combinés avec un mécanisme différentiel comme représenté schématiquement à la fig. 4.
Le chariot support décrit à l'occasion de la fig. 9 peut évidemment être utilisé pour guider la pièce mobile dans n'importe lequel des autres exemples.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.