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VARIATEUR DE VITESSE A FRICTION. la présente invention se rapporte à un variateur de vitesse à friction du type comportant deux plateaux de friction coaxiaux constamment splli- cités l'un vers l'autre par des moyens élastiques, un support coaxial à ces plateaux et un certain nombre de galets de friction disposés en étoile entre les plateaux et articulés sur ledit élément de support, ces galets ayant pour but de transmettre un couple de l'un des plateaux à l'autre avec un rapport variable dans une gamme continue prédéterminée la variation dudit rapport étant obtenue par déplacement des points de roulement des galets sur les plateaux.
Dans les variateurs de vitesse connus de ce type, 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 plateaux autour d'un axa d'articulation situé au centre dudit galet ou à proximité immédiate de ce centree
Il est évident qu'avec une telle disposition, pour obtenir une gamme de variation du rapport 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 limitation du nombre des ga- lets, de sorte que ce type de dispositif d'entraînement par friction ne peut transmettre que des couples relativement faibles.
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.
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La présente invention a pour objet un variateur de vitesse à friction du type décrit dans lequel l'un des trois éléments constitué par :Les deux plateaux et le support des galets est fixe axialement , caractérisé par le fait qu'on déplace axialement au moins l'un des deux autres éléments par rapport audit élément fixe contre l'action des moyens élastiques sollicitant les plateaux l'un vers l'autre, de manière à déterminer une inclinaison simultanée des galets, ce qui permet de faire varier au moins l'un des deux rayons de roulement de chacun desdits galets sur lesdits plateaux et, par conséquente le rapport de transmission entre ceux-ci.
Cette disposition présente l'avantage essentiel que l'inclinaison des galets 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 auxplateaux. On obtient ainsi un véritable train planétaire qui peut être utilisé de la même manière et dans un domaine d'application aussi étendu qu' un train d'engrenages épicycloldal (différentiels, boites de vitesses, asservissements, etc...) mais avec l'avantage 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, avec un rendement sensiblement constant pour toutes les valeurs de ce rapport.
Dans une forme d'exécution préférée, les galets sont constitués par des rouleaux présentant une surface de révolution allongée, chaque plateau de friction est associé avec une circonférence de contact individuelle sur chaque rouleau et l'on obtient la variation du rapport des vitesses en dépla- çant au moins l'une desdites circonférences de contact le long des génératrices de ladite surface de révolution, ce qui permet d'obtenir une large gamme de variation avec un angle maximum d'inclinaison des rouleaux dont la valeur ne dépend que des courbures relatives des plateaux et des rouleaux., le diamètre de ceux-ci pouvant être aussi réduit qu'on le désire.
Cette disposition permet de répartir en étoile entre les plateaux un nombre de rouleaux aussi grand qu'on le veut et, par conséquent, de transmettre des couples considérables.
Bien entendu, lorsque le dispositif est utilisé 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.
L'invention vise encore une disposition constructive particulière dans laquelle le variateur de vitesse est doublé, c'est-à-dire qu'il comporte deux paires de plateaux tous coaxiaux, ce qui permet, en disposant les moyens élastiques précités entre les deux plateaux intérieurs et en agissant, pour faire varier l'inclinaison des rouleaux sur les deux plateaux extérieurs, de supprimer toute poussée axiale des éléments tournants sur leur butée.
Sur les dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, 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 de type connu.
La fige 2 est une vue comparative montrant le principe d'un variateur de vitesse à friction suivant l'invention.
La fig. 3 est une vue schématique d'une forme d'exécution dans laquelle un variateur de vitesse suivant l'invention est utilisé comme différentiel dont l'un des planétaires est fixe.
La fige 4 est une variante du dispositif de la fige 3 dans laquel-
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le les deux plateaux 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 fige 6 représente une autre forme d'exécution comportant deux paires de plateaux de friction.
La fige 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 entraînés à partir d'un même moteur.
La fige 8 est une coupe axiale d'une forme d'exécution constructive correspondant à la fig. 4.
Sur la fig. l, on voit en 1 des galets plats dont l'axe de rotation XX' est articulé autour d'un autre axe (représenté schématiquemént par le point Y) perpendiculaire à l'axe XX' et orthogonal 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'inclinaison de l'axe XX' de chaque galet, le rapport entre les rayons de roulement Rl et R2 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 wl, le plateau 3 sera entraîné à une vitesse variable w2 égale à wl x R1. D'autre part, R3 étant le rayon des galets 1, on a : R2
Rl = R2 + 2R3 sin a a étant l'angle d'inclinaison du plan de rotation de chaque galet sur l'axe ZZ',
On voit que le rapport de transmission R1 est fonction du diamè- tre 2R3 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 maximum donnée de leur angle d'inclinaison.
Par exemple, si le rapport de transmission maximum à obtenir est 1, en supposant que l'on dispose d'un angle d'inclinaison maximum de 30 , 3ce qui entraîne sin a max = 1 , on voit que :
2
R2 = 1 R3 et
Rl = 3R2 = 3 R3 .
2
Dans ces conditions, on peut démontrer aisément que le nombre ma- ximum de galets pouvant être interposé 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 fige 2 met en évidence, sous une forme schématique, le principe du variateur de vitesse à friction suivant l'invention.
Sur cette figure, on voit immédiatement que, dans un tel varia- teur, le rapport entre les rayons de roulement est indépendant du diamètre des galets, ce rapport étant exclusivement déterminé 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 la diamètre des galets, ce qui permet de disposer en étoile, entre les deux
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plateaux agitant de galets qu'on le désire pour assurer la transmission d'un coupla prédétermine.
Sur la fig. 2, les galets dont la surface de révolution est al- longée et qu'on désignera ci-après sous le non de rouleaux pour les distinguer 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 peut être, soit soit tourillonné dans des paliers 8 et 9 sur un carter 10. Le plateau 11, d'un cote des rouleaux 4, et le plateau 12,de l'autre cotédesdits rouleaux, sont sollicités par des moyens élastiques appropriés (non représentés), de manière à être maintenus constamment en contact sous pression 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 appropriés (non représentés), on peut faire varier à volonté, dans une gamme prédéterminée, l'inclinaison des axes de rotation 5 des rouleaux 4 et, par conséquent, le rapport entre les rayons de roulement Rl et R2 des plateaux 11 et 12 sur les rouleaux 4.
Par ailleurs, il est évident que si les courbures des plateaux 11 et 12 et des génératrices des rouleaux 4 ne sont que légèrement différen- tes,un très faible angle d'inclinaison b déterminera un décalage axial important des deux circonférences de contact cl, 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'autre part, si le maximum d'inclinaison est suffi- samment faible, 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 déplacement 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 éléments moteurs ou récepteurs, sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'inven- tion*
Par exemple, on peut ûnprïmer au support 7 une vitesse de rotation variable,soit en entrainant 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 également possible d'entraîner le support 7 pour déterminer une rotation à vitesse variable des deux plateaux.
Enfin, comme d'ailleurs dans les transmissions à friction connues, le support 7 étant maintenu fixe, l'un des plateaux peut être entraîné 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 7. L'axe 16 du support tournant 7 est tourillonné dans un palier 17 du carter 10 ; si l'on entraine 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 approprié quelconque (non représenté) .
Comme on peut le voir sur la figure, dans cette forme d'exécution
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les rouleaux présentent une courbure concave, cependant que les plateaux sont convexes, le rayon de courbure des rouleaux étant, bien entendu, supé- rieur à celui des plateaux et les axes d'articulation 6 sont disposés à 1, 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 du moteur, cependant que le plateau 12 est entraîné, par l'intermédiaire 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 engrénant 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 axialement par un palier de butée 23. Les ressorts 22 sont logés dans des gorges prévues sur un disque 24 calé en rotation avec le plateau 12 et en butée contre un palier axial à bille's 25 solidaire du carter 10.
Un carter intérieur 26 est solidaire du plateau 12 et son moyeu cannelé 27 peut coulisser 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 précédente, les axes de rotation des rouleaux 4 sont articulés sur des axes 6 solidaires d'un moyeu 28 de 1' arbre 29.
Dans l'exemple représenté sur la fige 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 dispositif 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 laquelle les rayons de roulement sur les deux plateaux sont égaux, ce qui entraîne l'égalité des vitesses d'entrai- nement 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 dispositif dans lequel la vitesse angulaire du plateau 11 diffère de celle du plateau 12, la position moyenne des rouleaux 4 pour laquelle l'arbre 29 reste immobile est celle dans laquelle les rayons de roulement sur les plateaux sont inversement propor- tionnelles aux vitesses angulaires des plateaux : wl = R2 w2 Rl
Dans ces conditions, si l'arbre 29 est déplacé axialement au moyen d'un dispositif approprié tel que représenté schématiquement sur la fige 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 24.
Les rayons de roulement des plateaux 11 et 12 deviennent différents et,par conséquent, il en est de même des vitesses d'entraînement cir-
EMI5.1
conférentie11es des deux plateaux.
Les rouleaux 4, les axes 5 et, partant, l'arbre 29, sont entrainés dans le même sens que celui des deux plateaux dont la vitesse circonférentielle est la plus grande, la vitesse de rotation de l'arbre 29 étant fonction des rayons de roulement des rouleaux 4 sur les deux plateaux.
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On peut démontrer que la vitesse angulaire wR de l'arbre 29 est proportionnelle à la différence entre les rayons de roulement des plateaux : wR = wm Rl - R2
Rl + R2 wm étant la vitesse angulaire des plateaux et Rl, R2 les rayons de roulement.
Par ailleurs, étant donné que les deux plateaux 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 puissance demandée au moteur reste constante.
La fig. 5 représente une autre forme d'exécution de l'invention dans laquelle l'élément 7 qui supporte les rouleaux 4 est entraîné Partir d'un moteur les plateaux 11 et 12 étant solidaires en rotation de deux arbres de sortie 32 et 33, respectivement.
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 dispositif 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 plateaux soient égaux entre eux.
Dans le cas où les couples résistants sont déséquilibrés, le dispositif joue le rois 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 audits rayons. Le plateau auquel est appliquée la force tangentielle la plus faible est entraîné à une vitesse plus élevée que l'autre, et ceci, proportionnellement 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 arriè- re du véhicule à partir des deux arbres de sortie du variateur de vitesse et d'agir, par une commande convenable, sur la position axiale relative des plateaux par rapport aux galets pour imprimer auxdite s roues motrices des vitesses de rotation égales ou diff ére nte s. Si les deux roues motrices sont entral- nées à des vitesses différentes, le véhicule tend à virer du coté de la roue qui est entraînée le plus lentement.
Dans cet exemple, on a donné aux rouleaux 4 la forme de demi-ton- neaux. Avec cette disposition, l'un seulement des deux points de contact entre chaque rouleau et les plateaux est décalé axialement le long des génératrice s du rouleau, lorsqu'on incline celui-ci par rapport à la position moyenne représentée sur la fige 5.
La fig. 6 représente une autre forme d'exécution dans laquelle on utilise deux transmissions identiques du type de la fig. 3. Cette disposition permet, d'une part, de doubler 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 contact sous pression, des rouleaux 4 et 4', tournant autour d'axes 5 et 5'. Ceux-ci
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sont 0. 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 1' un vers l'autre par des moyens appropriés.
Dans l'exemple représenté sur la fig. 6, les moyeux des plateaux
11 et Il-* foraient des pistons 39 et 39' montés à coulissement, respectivement dans des cylindres 40 et 40' prévus à cet effet dans le carter 41.
Des moyens hydrauliques, pneumatiques ou analogues sont prévus pour établir une pression de fluide convenable dans les cylindres 40 et 40', ladite pression étant transmise, par l'intermédiaire des pistons 39 et 39', aux plateaux 11 et 11', respectivement.
.Avec cette disposition, si l'on fait varier de façon convenable la pression régnant dans les cylindres 40 et 40', par exemple au moyen d'un levier de commande manuelle 140, les plateaux 11 et 11' peuvent être dépla- cés, 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 conjuguées 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 dispositif fonctionne d'une manière analogue à celui de la fig.
3. Gräce à la disposition des éléments par paires, aucune poussée axiale n' est transmise des éléments tournants aux butées.
Dans le dispositif représenté sur la fig. 7, on voit en 11, 12, 11', 12', deux paires de plateaux entraînées en rotation à partir d'un arbre 45 à la même vitesse, mais en sens inverses :grâce à l'interposition d'un engrenage différentiel comportant un pignon droit fixe 46, des satellites 47 et 48 tourillonnés dans le plateau 11 et un pignon 49 solidaire en rotation du plateau 12', les plateaux Ilot 11', d'une part, et les plateaux 12 et 12', d'autre part, sont reliés au moyen de cannelures appropriées, cette disposition 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 convenables sont prévus pour assurer une friction suffisante 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 pression 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 position relative des éléments tournants pour laquelle les rayons de roulement sur chaque paire de plateaux sont égaux entre eux, les rouleaux prennent une certaine inclinaison, ce qui détermine 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 fige 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 représentée sur la fige 8 comporte les mêmes éléments essentiels que le dispositif de la fig. 4, et ces éléments ont été désignés sur les deux figures par les mêmes références numé-
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riques. rique 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 1' un dans l'autre, 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 combiné 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 aiguilles 109 et dans le carter 110 par un palier combiné 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 combiné 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 palier à billes de poussée axiale 116 entre les deux rangées de billes duquel est interposé un flasque 117 prévu à cet effet sur la tige 115.
Comme exposé ci-dessus., une très faible inclinaison des rouleaux est suffisante pour déterminer une variation importante de la vitesse de rotation du porte-satellites et, par conséquent, de l'arbre de sortie 107, Il est donc nécessaire de prévoir une commande extrêmement précise de ladite inclinaison. Dans l'example 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 ce mode de réalisation spécifique, la formule précédemment indiquée à propos de la fig. 4 montre que, dans la position moyenne des rouleaux représente sur la fig. 8, étant donné que Rl = R2, on a : wR = wm x 0 = 0 tandis que, dans la position d'inclinaison maximum des rouleaux, 2R si R2 = 2R1, on a wR = wm x R = wm.
3R 3
Il va de soi qu'on peut modifier dans une large mesure la forme des surfaces de friction des rouleaux et des plateaux, sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention, la seule condition nécessaire étant que les courbures relatives desdites surfaces de friction soient telles que chaque rouleau ait, dans toutes ses positions, deux génératrices diamétralement opposées tangentes intérieurement chacune à l'un des plateaux en un seul point.
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FRICTION SPEED VARIATOR. the present invention relates to a friction speed variator of the type comprising two coaxial friction plates constantly split towards each other by elastic means, a support coaxial with these plates and a certain number of friction rollers arranged in a star between the plates and articulated on said support element, the purpose of these rollers is to transmit a torque from one of the plates to the other with a variable ratio in a predetermined continuous range, the variation of said ratio being obtained by displacement the rolling points of the rollers on the plates.
In known speed variators of this type, the two plates use the same contact circumference on each roller and the rolling radii are varied by causing each roller to pivot in a diametral plane of the plates around an axa of articulation located at the center of said roller or in the immediate vicinity of this center
It is obvious that with such an arrangement, to obtain a sufficiently wide range of variation of the speed ratio, it is necessary to give the rollers a relatively large diameter compared to that of the plates and to provide a considerable maximum angle of inclination. shingles.
These two conditions imply a limitation of the number of rollers, so that this type of friction drive device can only transmit relatively low torques.
Moreover, the simultaneous inclination of the rollers, which is obtained by acting directly on them, involves the use of complicated control mechanisms and makes it necessary to leave the aforementioned support fixed on which the rollers are articulated.
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The present invention relates to a friction speed variator of the type described in which one of the three elements constituted by: The two plates and the support of the rollers is fixed axially, characterized by the fact that at least l 'one of the other two elements relative to said fixed element against the action of the elastic means urging the plates towards each other, so as to determine a simultaneous inclination of the rollers, which makes it possible to vary at least one of the two rolling radii of each of said rollers on said plates and, consequently, the transmission ratio therebetween.
This arrangement has the essential advantage that the inclination of the rollers is no longer obtained by direct action on them, which makes it possible, on the one hand, to eliminate the aforementioned complicated control mechanisms and, on the other hand, to make rotating, if desired, the coaxial support to the plates. A real planetary gear is thus obtained which can be used in the same way and in a field of application as wide as an epicyclic gear train (differentials, gearboxes, servo-controls, etc.) but with the additional advantage that the transmission ratio between each sun gear and the planet carrier is variable in a relatively wide continuous range.
In addition, by using the transmission between a sun gear and the planet carrier, a variable speed drive is obtained, the transmission ratio of which can be varied between a finite value and zero, with a substantially constant efficiency for all the values of this ratio. .
In a preferred embodiment, the rollers are formed by rollers having an elongated surface of revolution, each friction plate is associated with an individual contact circumference on each roller and the variation of the speed ratio is obtained in displacement. - eant at least one of said contact circumferences along the generatrices of said surface of revolution, which makes it possible to obtain a wide range of variation with a maximum angle of inclination of the rollers, the value of which depends only on the relative curvatures trays and rollers., the diameter of these can be as small as desired.
This arrangement makes it possible to distribute a star-shaped distribution between the plates as large a number of rollers as desired and, consequently, to transmit considerable torques.
Of course, when the device is used as a planetary gear, one or two of its three elements can be driven at will and, by acting on the inclination of the rollers, the speed of the remaining element or elements can be varied.
The invention also relates to a particular constructive arrangement in which the speed variator is doubled, that is to say that it comprises two pairs of all coaxial plates, which allows, by arranging the aforementioned elastic means between the two plates interior and by acting, to vary the inclination of the rollers on the two exterior plates, to remove any axial thrust of the rotating elements on their stop.
In the accompanying drawings which show, by way of nonlimiting examples, several embodiments of a friction speed variator according to the invention:
Fig. 1 is a schematic view showing the principle of a known type friction speed variator.
Fig. 2 is a comparative view showing the principle of a friction speed variator according to the invention.
Fig. 3 is a schematic view of an embodiment in which a speed variator according to the invention is used as a differential of which one of the planetary is fixed.
Fig 4 is a variant of the device of Fig 3 in which
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the two plates are driven in opposite directions from a common motor.
Fig. 5 shows another variant in which the planet carrier is driven by a motor.
The rod 6 represents another embodiment comprising two pairs of friction plates.
Fig. 7 is a schematic view of another double speed variator in which the two plates of each pair are driven in opposite directions, all the plates being driven from the same motor.
The rod 8 is an axial section of a constructive embodiment corresponding to FIG. 4.
In fig. l, we see at 1 flat rollers whose axis of rotation XX 'is articulated around another axis (shown schematically by the point Y) perpendicular to the axis XX' and orthogonal to the axis ZZ 'of the plates coaxial friction rings 2 and 3. This assembly is completed by means (not shown) for maintaining the plates 2 and 3 in contact under pressure with a common contact circumference c on the periphery of the flat rollers 1.
It is obvious that if one varies the inclination of the axis XX 'of each roller, the ratio between the rolling radii Rl and R2 of said roller on the plates 2 and 3, respectively, is modified, so that if, for example, the plate 2 rotates with a constant speed wl, the plate 3 will be driven at a variable speed w2 equal to wl x R1. On the other hand, R3 being the radius of the rollers 1, we have: R2
Rl = R2 + 2R3 sin a a being the angle of inclination of the plane of rotation of each roller on the axis ZZ ',
It can be seen that the transmission ratio R1 is a function of the diameter 2R3 of the rollers and of the angle of inclination a thereof, so that, in order to obtain a range of variations of a given extent, it is necessary to choose a given diameter of the rollers and a given maximum value of their angle of inclination.
For example, if the maximum transmission ratio to be obtained is 1, assuming that we have a maximum tilt angle of 30.3 which results in sin a max = 1, we see that:
2
R2 = 1 R3 and
R1 = 3R2 = 3 R3.
2
Under these conditions, it can easily be demonstrated that the maximum number of rollers that can be interposed between the friction plates is limited to three.
With only three contact points, it is clear that only a relatively small torque can be transmitted.
Figure 2 shows, in schematic form, the principle of the friction speed variator according to the invention.
In this figure, it can be seen immediately that, in such a variator, the ratio between the rolling radii is independent of the diameter of the rollers, this ratio being exclusively determined by the relative curvatures of the contact surfaces present, for a given inclination. b pebbles.
Under these conditions, it is obvious that the diameter of the rollers can be reduced at will, which makes it possible to arrange in a star, between the two
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stirring platens of rollers as desired to ensure transmission of a predetermined coupla.
In fig. 2, the rollers whose surface of revolution is extended and which will be referred to below as rollers to distinguish them from the flat rollers of previous devices, are designated by the reference 4.
The axis of rotation 5 of each roller is articulated at 6 on a support 7 which can be either journaled in bearings 8 and 9 on a casing 10. The plate 11, on one side of the rollers 4, and the plate 12, on the other side of said rollers, are urged by appropriate elastic means (not shown), so as to be kept constantly in contact under pressure on either side of said rollers. The plates 11 and 12 are coaxial and the support 7, when it is rotating, has its axis of rotation coincident with the common axis of the plates.
By modifying the relative axial positions of at least two of the three elements 7, 11 and 12, using appropriate means (not shown), it is possible to vary at will, within a predetermined range, the inclination of the axes of rotation 5 of the rollers 4 and, therefore, the ratio between the rolling radii Rl and R2 of the plates 11 and 12 on the rollers 4.
Moreover, it is obvious that if the curvatures of the plates 11 and 12 and of the generatrices of the rollers 4 are only slightly different, a very small angle of inclination b will determine a large axial offset of the two contact circumferences c1, c2 , on each roll, and hence a considerable variation in the transmission ratio between the plates 11 and 12.
In other words, the maximum inclination of the rollers can be determined at will by a suitable choice of the relative curvatures of the rollers and the plates. On the other hand, if the maximum inclination is sufficiently low, the axis of articulation of the rollers can be placed at one or the other of their ends, without it being necessary to provide a displacement. relative axial maximum important of the plates.
it should be understood that the support 7 and the plates 11 and 12 can be used separately, or in combination, as driving or receiving elements, without departing for this from the spirit of the invention *
For example, it is possible to primer the support 7 at a variable speed of rotation, either by driving one of the plates while immobilizing the other. either by driving the two plates in the same direction or in opposite directions.
It is also possible to drive the support 7 to determine a variable speed rotation of the two plates.
Finally, as moreover in known friction transmissions, the support 7 being kept fixed, one of the plates can be driven to determine a rotation of the other at a variable speed.
Fig. 3 shows an embodiment in which one of the plates, in the example shown the plate 11, is integral with a casing 10, springs 13 which bear on said casing applying the plate 11 to the rollers 4. The other plate 12, which is journalled in a bearing 14 of the housing 10, is axially immobilized by a thrust bearing 15 against the action of the springs 13.
The axis of rotation of each roller is articulated at 6 on the support 7. The axis 16 of the rotating support 7 is journalled in a bearing 17 of the housing 10; if one of the elements 7 or 12 is driven, the other rotates at a speed which can be varied in a continuous range by axially moving the support 7 in one direction or the other. This axial displacement is controlled by any suitable device (not shown).
As can be seen in the figure, in this embodiment
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the rollers have a concave curvature, while the plates are convex, the radius of curvature of the rollers being, of course, greater than that of the plates and the hinge pins 6 are disposed at the outer end of the rollers.
In the variant shown in FIG. 4, trays 11 and
12 are driven in opposite directions, the shaft 18 of the plate 11 being driven directly from the motor, while the plate 12 is driven, via a bevel gear 19, keyed on the shaft 18 and in engagement with another bevel gear 20, idle, journaled on the housing 10, said gear 20 meshing in turn with a third bevel gear 21 fixed in rotation with the plate 12. the plate 12 is kept in contact with the rollers 4 by springs 22, while the other plate 11 is immobilized axially by a thrust bearing 23. The springs 22 are housed in grooves provided on a disc 24 fixed in rotation with the plate 12 and in abutment against an axial ball bearing 25 integral housing 10.
An internal casing 26 is integral with the plate 12 and its splined hub 27 can slide on a mating part of the pinion 21; with this arrangement, the plate 12, the housing 26 and the pinion 21 rotate as a whole.
As in the previous embodiment, the axes of rotation of the rollers 4 are articulated on axes 6 integral with a hub 28 of one shaft 29.
In the example shown in fig 4, the rollers 4 have the shape of barrels, while the rolling zones of the plates are formed by concave annular grooves, the articulation axes 6 of the rollers 4 being arranged close to the 'shaft 29. the operation of this device is as follows: the plates 11 and 12 are driven from the motor at the same speed, but in opposite directions. In the average position of the rollers 4 shown in the figure, in which the rolling radii on the two plates are equal, which results in the equality of the circumferential driving speeds of the plates, the rollers 4 rotate around the axes 5 without determining any rotation of the shaft 29.
More generally, in a device in which the angular speed of the plate 11 differs from that of the plate 12, the average position of the rollers 4 for which the shaft 29 remains stationary is that in which the rolling spokes on the plates are inversely proportional to the angular speeds of the plates: wl = R2 w2 Rl
Under these conditions, if the shaft 29 is moved axially by means of a suitable device such as shown schematically in fig 4 in the form of a manual control lever 30 engaged in an annular groove of a ring 31, the axes 5 are inclined around the axes 6, while the plates 11 and 12 are spaced from each other against the action of the springs 24.
The rolling radii of the plates 11 and 12 become different and, therefore, the same is true of the circulating drive speeds.
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conferences of the two trays.
The rollers 4, the axes 5 and, therefore, the shaft 29, are driven in the same direction as that of the two plates whose circumferential speed is the greatest, the speed of rotation of the shaft 29 being a function of the radii of roller bearing 4 on both plates.
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It can be shown that the angular speed wR of the shaft 29 is proportional to the difference between the rolling radii of the plates: wR = wm Rl - R2
Rl + R2 wm being the angular speed of the plates and Rl, R2 the rolling radii.
Moreover, given that the two plates are connected by the intermediary of the pinions 19, 20 and 21 and that the plate having the largest rolling radius drives the other, it can be shown that for a given resistive torque acting on l 'driven element, the power requested from the motor remains constant.
Fig. 5 shows another embodiment of the invention in which the element 7 which supports the rollers 4 is driven from a motor, the plates 11 and 12 being integral in rotation with two output shafts 32 and 33, respectively.
In the example shown, the torque is transmitted from the motor via two bevel gears 34 and 35, so that the motor shaft 36 is perpendicular to the two output shafts 32 and 33. It can be seen that the arrangement General of the elements, in this embodiment, is analogous to that of a motor car differential.
In this example, the device operates as follows: in the average position of the rollers for which the rolling radii are equal :, the two plates are driven by the rollers at the same speed equal to that of the support 7, assuming that the resistant torques acting on the two plates are equal to each other.
In the event that the resistant torques are unbalanced, the device plays the king of a differential. If one of the plates is moved axially in one direction or the other, the ratio between the rolling radii varies and equal resistance torques acting on the two plates determine tangential resistance forces, inversely proportional to said spokes. The plate to which the lower tangential force is applied is driven at a higher speed than the other, and this, in proportion to the rolling radii.
It can be demonstrated that, in a motor vehicle, such a transmission can be used advantageously, not only as a differential, but also as a steering device.
To this end, it suffices to drive the two rear driving wheels of the vehicle from the two output shafts of the speed variator and to act, by a suitable control, on the relative axial position of the plates with respect to the rollers. to give the said drive wheels equal or different rotational speeds. If the two driving wheels are driven at different speeds, the vehicle tends to turn to the side of the wheel which is driven more slowly.
In this example, the rollers 4 have been given the shape of semitones. With this arrangement, only one of the two points of contact between each roller and the plates is axially offset along the generatrix s of the roller, when the latter is inclined with respect to the mean position shown in fig 5.
Fig. 6 shows another embodiment in which two identical transmissions of the type of FIG. 3. This arrangement makes it possible, on the one hand, to double the transmitted power while having a friction speed variator and, on the other hand, to eliminate any thrust of the rotating elements on their axial stop.
Referring to fig. 6, we see at 11 and 12, 11 'and 12', respectively, two pairs of plates between which are clamped, in contact under pressure, rollers 4 and 4 ', rotating around axes 5 and 5'. These
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are 0. their turn articulated in 6 and 6 'on a shaft 37.
A spring 38 interposed between the plates 12 and 12 'tends to separate them and to incline the rollers 4 and 4' outwards. This action of the spring 38 is counteracted by the plates 11 and 11 'which are biased towards one another by suitable means.
In the example shown in FIG. 6, the hubs of the chainrings
11 and II - drilled pistons 39 and 39 'slidably mounted, respectively in cylinders 40 and 40' provided for this purpose in the housing 41.
Hydraulic, pneumatic or the like means are provided to establish a suitable fluid pressure in the cylinders 40 and 40 ', said pressure being transmitted, by means of the pistons 39 and 39', to the plates 11 and 11 ', respectively.
With this arrangement, if the pressure prevailing in the cylinders 40 and 40 'is suitably varied, for example by means of a manual control lever 140, the plates 11 and 11' can be moved, which allows the rollers 4 and 4 'to be tilted simultaneously at a desired angle.
The plates 12 and 12 'which are axially movable in both directions are rotated by means of their splined part in engagement with the mating splines of the hub 42 of the pinion 43. The latter is, in turn, in engagement with another pinion 44 keyed on the shaft 45.
This device operates in a manner analogous to that of FIG.
3. Due to the arrangement of the elements in pairs, no axial thrust is transmitted from the rotating elements to the stops.
In the device shown in FIG. 7, we see at 11, 12, 11 ', 12', two pairs of plates driven in rotation from a shaft 45 at the same speed, but in opposite directions: thanks to the interposition of a differential gear comprising a fixed spur gear 46, planet wheels 47 and 48 journalled in the plate 11 and a pinion 49 integral in rotation with the plate 12 ', the island plates 11', on the one hand, and the plates 12 and 12 ', on the other share, are connected by means of appropriate grooves, this arrangement allowing relative axial movements between the plates of each pair. the rollers 4 and 4 'which rotate around axes 5 and 5' are articulated at 6 and 6 'on the rotating support 7, which is keyed on the output shaft 50.
Suitable means are provided to ensure sufficient friction between the rollers 4 and 4 'and the plates 11, 12, 11', 12 ', respectively.
In the example shown in FIG. 7, the plates 12 and 12 'tend to move away from each other under the action of springs 51, while the plates 11 and 11' are urged towards each other under the action of 'a pressurized fluid contained in a cylinder 52 integral with the plate 11', said pressurized fluid acting on a piston 53 integral with the shaft 45 and, consequently, with the plate 11.
It will easily be understood that, in the relative position of the rotating elements for which the rolling radii on each pair of plates are equal to each other, the rollers take a certain inclination, which determines a rotation of the output shaft at a speed which is a function of the position of the piston 53 in the cylinder 52. It can be seen from fig 7 that all the axial thrusts on the corresponding members of the two elements of the double transmission are equal and opposite and, therefore, cancel each other out between them, so that none of the rotating elements exerts resulting thrusts on these stops.
The constructive embodiment shown in fig 8 comprises the same essential elements as the device of FIG. 4, and these elements have been designated in the two figures by the same reference numbers.
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risks. rique In the example shown in FIG. 8, the pinion 20 is keyed on a motor shaft 101 journalled in two ball bearings 102 and 103. The plate 12 consists of two elements mounted to slide 1 'one inside the other, as shown at 12a, 12b, said elements tending to move away from each other under the action of springs 104. The element 12a of the plate 12 is journalled on the plate 11 by means of a combined axial and radial bearing 105.
The chainring is, in turn, journaled to the hub 28 of an output shaft 107 by means of a needle bearing 108. The chainring 12 is journaled to the output shaft 107 also by a needle bearing. 109 and in the housing 110 by a combined radial and axial bearing 111.
Each roller 4 is mounted on two ball bearings 112 and 113 carried by its axis of rotation 5. Finally, the element 12a of the plate 12 is journalled on the housing 110 by a combined radial and axial bearing 114, The control of the inclination of the rollers 4 is ensured by a rod 115 on which the hub 28 is journalled, via a double axial thrust ball bearing 116 between the two rows of balls of which is interposed a flange 117 provided for this purpose on rod 115.
As explained above., A very small inclination of the rollers is sufficient to determine a large variation in the speed of rotation of the planet carrier and, consequently, of the output shaft 107, it is therefore necessary to provide a control extremely precise of said inclination. In the example shown in fig. 8, this control is micrometric, it is obtained by screwing more or less a threaded portion 118 of the rod 115 in a fixed nut 119 integral with the housing 110.
In this specific embodiment, the formula previously indicated with regard to FIG. 4 shows that, in the average position of the rollers shown in FIG. 8, given that R1 = R2, we have: wR = wm x 0 = 0 while, in the position of maximum inclination of the rollers, 2R if R2 = 2R1, we have wR = wm x R = wm.
3R 3
It goes without saying that the shape of the friction surfaces of the rollers and the plates can be modified to a large extent without departing from the spirit of the invention, the only necessary condition being that the The relative curvatures of said friction surfaces are such that each roller has, in all its positions, two diametrically opposed generatrices each tangent internally to one of the plates at a single point.