Variateur de vitesse à friction et à double entraînement, avec des pressions totalement équilibrées Les variateurs de vitesse à friction sont bien connus, et leur valeur est éprouvée par de multiples applications depuis de nombreuses années.
Une condition essentielle du fonctionnement cor rect de ces variateurs est d'assurer une friction sans défaut des organes d'entraînement. Le moindre glis sement est désastreux. Il marque les pièces en con tact, met hors service le variateur pour le temps de la réparation, et oblige à remplacer les organes de friction. On a cherché une solution en établissant les organes d'entraînement et de friction, en des matières dotées de coefficients de friction élevés. Toutefois, l'usure de ces organes est alors très rapide et le ren dement n'est pas celui espéré.
Une solution avantageusement adoptée consiste à exécuter les organes d'entraînement et de friction en métal, et plus précisément en acier ayant de très bonnes qualités de dureté par des alliages appropriés. Ces organes sont très résistants, et la friction dépend exclusivement de la ou des pressions qui sont appli quées sur lesdits organes en contact. Dans ce but, ont été réalisés des dispositifs assurant automatique ment, entre les organes d'entraînement, une pression proportionnelle au couple résistant.
La mise en jeu de pressions très élevées ne va pas toutefois sans inconvénient. Ces pressions ne contribuent pas seulement à obtenir une très bonne friction, mais il s'ensuit des efforts non équilibrés importants, qui tendent à voiler les plateaux de fric tion et forcent sur les axes ou arbres de ces pla teaux. Ceci complique et alourdit la coustruction des variateurs, en limitant aussi la capacité de puissance transmise.
L'objet de la présente invention est un variateur de vitesse à friction, à double entraînement, et avec pressions totalement équilibrées. Ce variateur est caractérisé en ce qu'il est établi pour appliquer directement et également le couple moteur de l'arbre primaire à l'entraînement de deux plateaux dits pla teaux entraîneurs, montés symétriquement par rap port à l'axe de l'arbre primaire et de l'arbre secon daire ou arbre de sortie, des rouleaux cylindro-co- niques étant montés angulairement à friction par leurs parties coniques, d'une manière symétrique et équilibrée,
contre les deux faces de chacun desdits plateaux entraîneurs, les rouleaux en friction contre la face des plateaux entraîneurs, du côté de l'arbre primaire, prenant un contre-appui sur un plateau d'arrêt, tandis que les rouleaux en friction contre l'autre face des plateaux entraîneurs, du côté de l'ar bre de sortie, sont en friction contre un plateau récepteur entraîné, lequel entraîne à son tour l'arbre de sortie par l'intermédiaire d'un dispositif à double action de poussée, donnant une pression automa tiquement proportionnelle au couple résistant appli qué à l'arbre de sortie.
Dans une forme d'exécution particulière du variateur, le dispositif de pression agit d'une part par un moyen élastique exerçant une forte poussée permanente directement contre le pla teau entraîné, et, d'autre part, au moyen d'organes de pression en appui mutuel par des faces de contact sous forme de rampes à pente très inclinée constituées par des fractions de flanc de filets à section carrée, ou autre, un des organes de pression étant solidaire directement ou indirectement du plateau entraîné, l'autre organe de pression étant rotativement soli daire de l'arbre de sortie.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du variateur objet de l'in vention. La fig. 1 est une vue d'ensemble en coupe axiale de ladite forme d'exécution du variateur selon l'in vention.
La fig. 2 est une vue en plan et en coupe partielle du même variateur.
La fig. 3 est, à une échelle plus importante, une coupe axiale d'un dispositif de pression automatique ment proportionnel au couple résistant que comprend ladite forme d'exécution du variateur.
La fig. 4 est une illustration schématique du même variateur de vitesse.
Les fig. 5 et 6 montrent, par des vues corres pondantes, les organes de pression du dispositif de la fig. 3.
Les fig. 7, 8 et 9 sont des vues correspondantes illustrant le montage de rouleaux cylindro-coniques sur leurs supports, et par rapport aux axes filetées permettant le réglage de leur position.
Dans ladite forme d'exécution du variateur re présentée aux fig. 1 et 2, on remarquera tout d'abord que le bâti 1 est établi avec un dimensionnement réduit des épaisseurs et des portées, par suite des pressions parfaitement équilibrées dans le variateur, et totalement supportées par un arbre 11, comme il résulte de la suite de la description.
Un arbre primaire 2, auquel est appliqué le cou ple moteur, tourne par l'intermédiaire de roulements à billes, d'une part dans une portée 12 d'une cloison intérieure 11 du bâti 1, et, d'autre part, dans une portée 31 d'une plaque de fermeture 3 fixée contre le bâti et qui en obture le côté ouvert.
Une roue d'engrenage 4 est calée sur l'arbre 2. Cette roue est en prise avec des' roues 5 et 6 de mêmes dimensions et caractéristiques, calées chacune à l'extrémité d'un des arbres 7-8. Ces derniers sont montés tournant, par l'intermédiaire de roulements, dans des portées 13 de la cloison 11, et aussi dans des portées 14 du bâti 1.
Deux plateaux entraîneurs identiques 9 et 10 sont fixés aussi bien dans le sens axial que rotativement, chacun respectivement sur un des arbres 7 et 8.
L'arbre 11 est monté tournant, d'une part sur un roulement dans la portée 12 de la cloison 11, et, d'autre part, dans un support rapporté 15 fixé sur le bâti, par l'intermédiaire d'un dispositif de pression, comme il résulte de la suite de la description. La po sition axiale de l'arbre 11 est fixée par son montage à roulement.
Un plateau 12 de contre-appui et de réception est calé sur l'arbre 11. Un plateau 13 dit plateau entraîné, est solidaire rotativement seulement de l'ar bre 11. Le plateau 13 est calé sur une portée conique 141 d'un manchon 14, solidaire de l'arbre de sortie 15 par l'intermédiaire des organes de pression du dispositif établissant une pression automatiquement proportionnelle au couple transmis. Des portées can nelées en 111-142, assurent la liaison de l'arbre 11 et du manchon 14 dans leur déplacement angulaire.
Des rouleaux de friction 16 établissent la liaison cinématique entre les plateaux entraîneurs 9 et 10 d'une part, et le plateau entraîné 13 d'autre part. Des rouleaux de friction 17 assurent une liaison cinématique et aussi un contre-appui et un équili brage des poussées entre les plateaux entraîneurs 9 et 10 d'une part, et le plateau d'appui 12. Les rou leaux 16 et 17 qui sont identiques et de mêmes di mensions, présentent chacun deux portées coniques 161-171, par lesquelles ils viennent en friction sur les plateaux, avec la position angulaire illustrée, ce qui élimine pratiquement les effets des différences relatives de vitesses sur la largeur des portées de friction des rouleaux.
Les rouleaux 16-17 sont portés chacun à rotation libre, par l'intermédiaire de roulements, sur un axe 18 (fig. 7, 8 et 9) dont les extrémités méplates 181 sont fixées par vis sur les faces avant de deux pattes 191 d'un manchon porteur 19. Les pattes 191 sont entaillées en 192 pour permettre un déplacement maximum des rouleaux le long du rayon des pla teaux, en évitant de buter contre les arbres 7-8 et 11.
Les manchons 19 sont montés coulissants et gui dés le long de deux arbres de réglage 20 et 21 qui sont positionnés axialement et montés tournants avec roulements et butées à billes, dans des paliers, respectivement 22 et 23, adaptés et fixés dans le fond et à la partie supérieure du bâti 1.
Les arbres 20 et 21 présentent, vers leurs extré mités, des portées filetées 201 et 211. Ces filetages sont exécutés à des pas de même valeur mais de sens inverses pour chacun des arbres de réglage. Le sens de filetage est également opposé pour les côtés cor respondants des deux arbres 20 et 21.
Pour coopérer avec ces filetages en vue de dé placer les manchons 19 et les rouleaux 16-17 par rapport aux centres des plateaux, des écrous filetés correspondants 24 sont logés dans des chambres 193 des manchons 19. La position angulaire et la fixa tion de ces écrous dans lesdits manchons, sont assu rées par des clavettes 25 adaptées dans des fentes radiales exécutées d'une manière correspondante dans l'extrémité des manchons 19 et dans les écrous 24.
La commande des déplacements simultanés des manchons et des rouleaux, c'est-à-dire le réglage de la vitesse, s'opère au moyen d'une manivelle ou d'un carré d'entraînement 26 actionnant un pignon 27 solidaire de l'arbre 21. Un pignon 28 est en prise avec le pignon 27 et se trouve en outre solidaire de l'arbre 20. De la sorte, on entraîne simultanément et en sens inverse les arbres 20 et 21. Par suite des filetages 201-211 de sens judicieusement opposés, comme décrit précédemment, les rouleaux 16 d'une part et les rouleaux 17 d'autre part, sont déplacés symétriquement sur une longueur parfaitement égale de part et d'autre de l'axe de plateaux 12 et 13.
On souligne que l'on a la possibilité d'exécuter un réglage initial préalable des positions des rouleaux 16 et 17, pour avoir une disposition rigoureusement symétrique et égale desdits rouleaux par rapport à l'axe des plateaux 12 et 13. On peut procéder à ce réglage avant de fixer les clavettes 25, et avant de monter les pignons 28 et 27.
Dans le variateur décrit, les importantes pres sions nécessaires pour assurer une friction sans dé faillance entre les plateaux et rouleaux, sont ob tenues par le montage d'un dispositif décrit dans le brevet suisse N 356973.
Un tel dispositif est particulièrement illustré à la fig. 3. Il est caractérisé par un moyen élastique sous forme d'un ressort à boudin 29 de grosse sec tion. La poussée de ce ressort est appliquée en per manence et avec plein effet contre le plateau en traîné 13. Pour cela, ledit ressort est appuyé d'une part contre un épaulement dans l'alésage du man chon 14 portant ledit plateau, et, d'autre part, contre une bague 30 vissée sur une portée filetée de l'ar bre<B>11.</B>
D'autre part, pour obtenir entre les plateaux et rouleaux en friction, des pressions directement pro portionnelles aux variations du couple résistant appli qué contre l'arbre de sortie 15, on utilise un organe de pression 31 (fig. 6) fixé au manchon 14 portant le plateau entraîné 13, et un deuxième organe de pression 32 (fig. 5) solidaire rotativement seulement de l'arbre de sortie 15 par engagement de portées canelées correspondantes 151-32I, dans l'alésage de l'arbre 15.
Les organes de pression présentent des couples de rampes opposées en 311-32, chaque rampe étant une fraction d'un flanc de filet à section carrée ou autre et à grand pas, afin de donner entre les organes 31-32 de larges surfaces d'appui, et des pentes im portantes aux rampes. On conçoit bien que les dif férences de valeur des couples moteur et résistant, se traduisent par un déplacement angulaire relatif plus ou moins sensible entre les organes 31 et 32. Ce déplacement angulaire est transformé en une poussée axiale plus ou moins forte par l'effet des rampes 311-32 . A cette poussée s'ajoute la poussée permanente du ressort 29.
Par suite, pour toutes les vitesses d'utilisation, quelles que soient les puis sances habituellement mises en oeuvre, dans toutes les applications, on obtient la pression maximum pour une friction parfaite entre les organes d'en traînement, dans de bonnes conditions, avec un appui étendu des rampes de contact des organes de pression 31-32.
Un index extérieur déplacé en relation avec les déplacements des galets 16-17, par l'intermédiaire de toutes dispositions connues, indique la vitesse obtenue à l'arbre de sortie.
Dans le variateur de vitesse décrit, il est encore prévu un rattrapage automatique des jeux les plus minimes qui peuvent se produire entre les organes d'entraînement et de pression. Ce système de rattra page de jeu est connu et appliqué dans de nom breux variateurs de vitesse à friction. Il comprend principalement un ressort à boudin 33 fixé par une extrémité avec une tension circulaire élevée, dans l'arbre de sortie 15. L'autre extrémité du ressort est solidaire d'un écrou 34 vissant avec du jeu sur l'ex trémité filetée de l'arbre 11. Ledit écrou vient en appui contre l'organe de pression 32 par l'inter médiaire d'une butée à roulement, et, par suite, con tre l'ensemble des organes de pression et d'entraîne ment. Si le moindre jeu se produit, l'écrou 34 poussé par le ressort 33, avance et rattrape ce jeu.
Après cette description complète du variateur, on souligne, en considérant plus particulièrement le schéma de la fig. 4, l'application directe et égale, sans friction intermédiaire, du couple moteur de l'arbre primaire 2, aux plateaux 9 et 10 qui sont ainsi deux plateaux directement entraîneurs.
On re marquera, en outre, le montage symétrique des rou leaux entraîneurs de friction 16 et des rouleaux de friction et de contre-appui 17 roulant sur le plateau de réception et d'appui 12. Il résulte de ces disposi tions, comme on l'a illustré à la fig. 4 par les flèches représentant les principaux efforts - un équilibre dynamique parfait sur l'arbre cen tral 11 du variateur. C'est uniquement sur l'arbre 11 que se traduisent en dernier lieu les efforts et les pressions entre les plateaux et rouleaux, puis que les plateaux 12 et 13 sont tous les deux soli daires rotativement au moins de l'arbre 11 qui est sollicité en traction pour une grande part.
Cet équilibre des efforts a pour corollaire une simplification de la construction qui est beau coup plus économique. En particulier, on utilise des roulements plus simples, moins coûteux. Le bâti est libéré de contraintes importantes. Sa réalisation est plus simple. Il peut être plus léger, plus petit, et tend à être un simple carter de recouvrement des organes.
- l'équilibrage dynamique permet l'application d'ef forts et de poussées plus importantes. Par ail leurs, si on ajoute à cela la mise en wuvre des deux plateaux directement entraîneurs, on par vient à transmettre, pour un variateur de carac téristiques semblables, des puissances qui sont sensiblement le double des puissances habituel lement transmises ; ou encore, pour des puissan ces transmises du même ordre, on peut admettre des pressions moins importantes entre les or ganes de friction et d'entraînement, avec la cer titude de n'avoir pas le moindre glissement entre les organes de friction. .
Dual Drive Friction Variable Speed Drive, with Fully Balanced Pressures Friction variable speed drives are well known, and their value has been proven in multiple applications for many years.
An essential condition for the correct operation of these variators is to ensure fault-free friction of the drive components. The slightest slip is disastrous. It marks the parts in contact, puts the variator out of service for the time of repair, and forces the friction members to be replaced. A solution has been sought by establishing the drive and friction members of materials with high coefficients of friction. However, the wear of these components is then very rapid and the yield is not that expected.
An advantageously adopted solution consists in making the drive and friction members out of metal, and more specifically out of steel having very good hardness qualities, using suitable alloys. These members are very strong, and the friction depends exclusively on the pressure or pressures which are applied to said members in contact. For this purpose, devices have been produced which automatically ensure, between the drive members, a pressure proportional to the resistive torque.
However, the use of very high pressures is not without drawbacks. These pressures not only contribute to obtaining very good friction, but significant unbalanced forces ensue, which tend to warp the friction plates and force on the axes or shafts of these plates. This complicates and increases the cost of the variable speed drives, while also limiting the power capacity transmitted.
The object of the present invention is a friction speed variator, with double drive, and with fully balanced pressures. This variator is characterized in that it is established to apply directly and also the motor torque of the primary shaft to the drive of two plates called drive plates, mounted symmetrically with respect to the axis of the primary shaft. and of the secondary shaft or output shaft, the cylindrical-tapered rollers being mounted angularly in friction by their conical parts, in a symmetrical and balanced manner,
against the two faces of each of said drive plates, the rollers in friction against the face of the drive plates, on the primary shaft side, taking a counter-bearing on a stop plate, while the rollers in friction against the The other side of the drive plates, on the output shaft side, are in friction against a driven receiver plate, which in turn drives the output shaft by means of a double-acting pushing device, giving a pressure automatically proportional to the resistive torque applied to the output shaft.
In a particular embodiment of the variator, the pressure device acts on the one hand by an elastic means exerting a strong permanent thrust directly against the driven plate, and, on the other hand, by means of pressure members in mutual support by contact faces in the form of very inclined ramps formed by fractions of sidewalls of square-section threads, or the like, one of the pressure members being directly or indirectly attached to the driven plate, the other pressure member being rotatably integral with the output shaft.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the variator which is the subject of the invention. Fig. 1 is an overall view in axial section of said embodiment of the variator according to the invention.
Fig. 2 is a plan view and partial section of the same drive.
Fig. 3 is, on a larger scale, an axial section of a pressure device automatically proportional to the resistive torque that comprises said embodiment of the variator.
Fig. 4 is a schematic illustration of the same variable speed drive.
Figs. 5 and 6 show, by corresponding views, the pressure members of the device of FIG. 3.
Figs. 7, 8 and 9 are corresponding views illustrating the mounting of cylindrical-conical rollers on their supports, and with respect to the threaded pins allowing the adjustment of their position.
In said embodiment of the variator shown in FIGS. 1 and 2, it will be noted first of all that the frame 1 is established with a reduced dimensioning of the thicknesses and of the surfaces, as a result of the perfectly balanced pressures in the variator, and completely supported by a shaft 11, as follows from the following of the description.
A primary shaft 2, to which the motor neck is applied, rotates by means of ball bearings, on the one hand in a bearing surface 12 of an internal wall 11 of the frame 1, and, on the other hand, in a scope 31 of a closing plate 3 fixed against the frame and which closes the open side thereof.
A gear wheel 4 is wedged on the shaft 2. This wheel is engaged with wheels 5 and 6 of the same dimensions and characteristics, each wedged at the end of one of the shafts 7-8. The latter are mounted rotating, by means of bearings, in the bearing surfaces 13 of the partition 11, and also in the bearing surfaces 14 of the frame 1.
Two identical drive plates 9 and 10 are fixed both in the axial direction and in rotation, each respectively on one of the shafts 7 and 8.
The shaft 11 is rotatably mounted, on the one hand on a bearing in the bearing surface 12 of the partition 11, and, on the other hand, in an attached support 15 fixed to the frame, by means of a pressure, as follows from the rest of the description. The axial position of the shaft 11 is fixed by its bearing mounting.
A counter-bearing and receiving plate 12 is wedged on the shaft 11. A plate 13, called the driven plate, is only rotatably secured to the shaft 11. The plate 13 is wedged on a conical bearing surface 141 of a sleeve. 14, integral with the output shaft 15 by means of the pressure members of the device establishing a pressure automatically proportional to the torque transmitted. Fluted bearings 111-142, ensure the connection of the shaft 11 and the sleeve 14 in their angular displacement.
Friction rollers 16 establish the kinematic connection between the drive plates 9 and 10 on the one hand, and the driven plate 13 on the other hand. Friction rollers 17 provide a kinematic connection and also a counter-support and a balancing of the thrusts between the drive plates 9 and 10 on the one hand, and the support plate 12. The rollers 16 and 17 which are identical and of the same dimensions, each have two conical seats 161-171, by which they come into friction on the plates, with the illustrated angular position, which practically eliminates the effects of the relative speed differences on the width of the friction surfaces of the plates. rollers.
The rollers 16-17 are each carried in free rotation, by means of bearings, on an axis 18 (fig. 7, 8 and 9), the flat ends 181 of which are fixed by screws on the front faces of two tabs 191 d 'a carrier sleeve 19. The tabs 191 are notched at 192 to allow maximum movement of the rollers along the radius of the plates, avoiding abutting against shafts 7-8 and 11.
The sleeves 19 are slidably mounted and mistletoe along two adjustment shafts 20 and 21 which are positioned axially and rotatably mounted with bearings and ball thrust bearings, in bearings, respectively 22 and 23, adapted and fixed at the bottom and at the upper part of the frame 1.
The shafts 20 and 21 have, towards their ends, threaded surfaces 201 and 211. These threads are executed at the same value pitches but in opposite directions for each of the adjustment shafts. The thread direction is also opposite for the corresponding sides of the two shafts 20 and 21.
To cooperate with these threads with a view to moving the sleeves 19 and the rollers 16-17 relative to the centers of the plates, corresponding threaded nuts 24 are housed in chambers 193 of the sleeves 19. The angular position and the fixing of these nuts in said sleeves, are secured by keys 25 adapted in radial slots made in a corresponding manner in the end of the sleeves 19 and in the nuts 24.
The control of the simultaneous movements of the sleeves and the rollers, that is to say the speed adjustment, is effected by means of a crank or a drive square 26 actuating a pinion 27 integral with the shaft 21. A pinion 28 is engaged with the pinion 27 and is furthermore secured to the shaft 20. In this way, the shafts 20 and 21 are driven simultaneously and in the opposite direction. As a result of the threads 201-211 of judiciously opposite directions, as described above, the rollers 16 on the one hand and the rollers 17 on the other hand, are displaced symmetrically over a perfectly equal length on either side of the axis of the plates 12 and 13.
It is emphasized that it is possible to carry out a preliminary initial adjustment of the positions of the rollers 16 and 17, in order to have a strictly symmetrical and equal arrangement of said rollers with respect to the axis of the plates 12 and 13. It is possible to proceed to this adjustment before fixing the keys 25, and before fitting the pinions 28 and 27.
In the variator described, the high pressures necessary to ensure friction without fault between the plates and rollers are obtained by mounting a device described in Swiss patent N 356973.
Such a device is particularly illustrated in FIG. 3. It is characterized by an elastic means in the form of a coil spring 29 of large section. The thrust of this spring is applied continuously and with full effect against the trailing plate 13. For this, said spring is pressed on the one hand against a shoulder in the bore of the sleeve 14 carrying said plate, and, d 'on the other hand, against a ring 30 screwed onto a threaded seat of the shaft <B> 11. </B>
On the other hand, to obtain between the plates and the friction rollers, pressures directly proportional to the variations of the resistive torque applied against the output shaft 15, a pressure member 31 (fig. 6) fixed to the sleeve is used. 14 carrying the driven plate 13, and a second pressure member 32 (FIG. 5) rotatably secured only to the output shaft 15 by engagement of corresponding splined bearing surfaces 151-32I, in the bore of the shaft 15.
The pressure members have pairs of opposed ramps at 311-32, each ramp being a fraction of a thread flank with a square or other cross section and with a large pitch, in order to give between the members 31-32 large surfaces of support, and significant slopes to the ramps. It is easy to see that the differences in the value of the motor and resistance torques result in a more or less sensitive relative angular displacement between the components 31 and 32. This angular displacement is transformed into a more or less strong axial thrust by the effect ramps 311-32. To this thrust is added the permanent thrust of the spring 29.
Consequently, for all operating speeds, whatever the powers usually used, in all applications, the maximum pressure is obtained for perfect friction between the driving members, under good conditions, with extensive support of the contact ramps of the pressure members 31-32.
An external index moved in relation to the movements of the rollers 16-17, by means of any known arrangements, indicates the speed obtained at the output shaft.
In the speed variator described, provision is also made for automatic adjustment of the smallest clearances which may occur between the drive and pressure members. This backlash system is known and applied in many friction speed variators. It mainly comprises a coil spring 33 fixed by one end with a high circular tension, in the output shaft 15. The other end of the spring is secured to a nut 34 screwing with play on the threaded end of the shaft 11. Said nut comes to bear against the pressure member 32 through the intermediary of a bearing stop, and, consequently, against all the pressure and drive members. If the slightest play occurs, the nut 34 pushed by the spring 33, advances and takes up this play.
After this complete description of the variator, it will be emphasized, considering more particularly the diagram of FIG. 4, the direct and equal application, without intermediate friction, of the driving torque of the primary shaft 2, to the plates 9 and 10 which are thus two directly driving plates.
Note, moreover, the symmetrical mounting of the friction drive rollers 16 and of the friction and counter-bearing rollers 17 rolling on the receiving and bearing plate 12. It results from these arrangements, as described above. 'illustrated in FIG. 4 by the arrows representing the main forces - perfect dynamic balance on the central shaft 11 of the drive. It is only on the shaft 11 that the forces and pressures between the plates and rollers are reflected in the last place, then that the plates 12 and 13 are both rotatably connected to at least the shaft 11 which is stressed. in traction for the most part.
This balance of efforts has the corollary of a simplification of the construction which is much more economical. In particular, simpler, less expensive bearings are used. The frame is freed from significant constraints. Its realization is simpler. It can be lighter, smaller, and tends to be a simple organ cover.
- dynamic balancing allows the application of greater forces and thrusts. Moreover, if we add to that the implementation of the two directly driving plates, we manage to transmit, for a variator of similar characteristics, powers which are appreciably double the powers usually transmitted; or again, for powers transmitted of the same order, it is possible to admit less important pressures between the friction and drive organs, with the certainty of not having the slightest slip between the friction members. .