FR2806456A1

FR2806456A1 - Self-regulating variable mechanical transmission, for automobiles, uses differential gear to connect input shaft to epicyclic gear train driving output shaft

Info

Publication number: FR2806456A1
Application number: FR0003424A
Authority: FR
Inventors: Benoit Gressep; Jean Francois Scherrer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-21

Abstract

The input shaft drives (L) in rotation the cage (J) of the differential. The cage-mounted differential bevel wheels (M,N) drive two gear trains, one (A,F,C) having 3 pinions, the other (B,D), 2 (giving rotation reversal). These trains form the inputs to the sun-wheel (E) and the outer toothed ring (K), of the epicyclic gear, respectively. A freely rotating satellite carrier (G) supports one or more satellite pinions (I); these mesh with both the sun-wheel and the toothed ring. The axle of each satellite pinion carries a second pinion (H) that drives a toothed wheel (S) on the output shaft which passes concentrically through the axle of the toothed ring (K) and its associated drive pinion (D). The propulsive effort, distributed between the two output gear trains driven by the differential, is automatically recombined by the epixyclic gear, with suitable adjustment to speed and torque. The gear trains are enclosed in a suitable case to facilitate lubrication and cooling.

Description

VARIATEUR MECANIQUE DE VITESSE AUTOREGULANT La variation de vitesse est traditionnellement effectuée par différentes technologies en fonction de la puissance transmise. MOTORIZED SPEED AUTORAGING VARIATOR The speed variation is traditionally performed by different technologies depending on the power transmitted.

Dans le cas & une faible puissance transmise la variationde vitesse est habituellement réalisée par un variateurà courroie qui utilise des poulies coniques ouà gorge trapézoïdales. Ces variateurs sontà ajustement de réduction, piloté ou automatique. Uajustement automatique utilise généralement des systèmesà masselottes centrifuges. In the case of a low transmitted power the speed variation is usually achieved by a belt variator that uses conical pulleys or to trapezoidal grooves . These drives are to reduction adjustment, driven or automatic. Automatic adjustment usually uses centrifugal feeder systems.

Dans le cas de puissance importante, le rapport de réduction est réalisé par, une boite de vitesse mécanique ou automatique, un système hydraulique ou encore par l'adjonction & un couple génératrice électrique/ moteur électrique. In the case of significant power, the reduction ratio is achieved by a mechanical or automatic gearbox, a hydraulic system or by the addition & a torque electric generator / electric motor.

L'état actuel de la technique ne permet donc pas de réaliser de variation mécanique continue de vitesse sans avoir de pertes énergétiques ni de glissement, lors de la transmission de fortes puissances. De plus les technologies actuelles sont coûteuses et/ ou encombrantes. The current state of the art therefore makes it impossible to achieve continuous mechanical speed variation without having energy losses or slippage, when transmitting high power. Moreover current technologies are expensive and / or cumbersome.

La présente invention concerne un variateur de vitesse mécanique qui auto ajuste son rapport de réduction pour obtenir un couple sur l'arbre de sortie suffisant pour l'entraffier en rotation et absorber la puissance d'entrée. The present invention relates to a mechanical speed variator which auto adjusts its reduction ratio to obtain a torque on the output shaft sufficient for the rotating intercom and absorb the input power.

Le variateur selon l'invention permet de remédier aux inconvénients cités, en offrant: - Un rendement maximum, - Aucun glissement, - Un encombrement réduit, - Un coût de fabrication inférieurà ce qui existe cejour, - L'absence de pièces d'usure. The variator according to the invention makes it possible to remedy the drawbacks mentioned, by offering: - A maximum yield, - No slip, - A reduced bulk , - A lower manufacturing cost than what exists this our, - The lack of d parts 'wear.

Les technologies utilisées sont détaillées, dans les pages suivantes. The technologies used are detailed in the following pages.

Par simplification les formules de calcul considèrent le rendement comme étant égalà un, ce qui n'est pas le cas dans la réalité. On peut néanmoins considérer le rendement comme étant identiqueà celui dune boite de vitesse mécanique. For simplicity calculation formulas consider the yield as being equal to one, which is not the case in reality. We can nevertheless consider the performance as being identical to that of a mechanical gearbox.

Le variateur utilise successivement quatre technologies de transmission par engrenage: Un différentiel, un corps ( J ) entraîné en rotation par l'arbre d'entrée L deux satellites( M & N ) deux pignons arbres de sortie( A & B) Deux tains d'engrenages, # un trainà trois pignonsA, F & C) et # un trainà deux pignons B & D). The drive successively uses four transmission technologies: A differential, a body ( J) rotated by the input shaft L two satellites ( M & N) two sprockets output shafts (A & B) Two gear shafts, # a train to three sprockets A, & <C> and # a train to two sprockets B & D).

Un train épicycloïdal, # Un planétaire intérieurE # Un planétaire extérieur K # Un ou plusieurs satellites ( I) avec pignons sortant( H # Un porte satellites ( G ) - Un pignon concentrique au train épicycloïdal ( S liéà l'arbre de sortie, est entraîné par le pignon accouplé au(x) satellite(s) du train épicycloïdal ( H) Les ensembles mécaniques cités évoluent dans un carter, non représenté, permettant la lubrification et éventuellement le refroidissement. La lubrification, le reftoidissement et l'agencement des parties mécaniques seront adaptésà l'implantation du variateur. An epicyclic gear train, # An inner sun gear E # An outer sun gear K # One or more satellites (I ) with gears out ( H # A satellite door ( G) - A pinion concentric to the epicyclic gear ( S ) linked to the output shaft, is driven by the pinion coupled to the (s) satellite (s) of the epicyclic train ( H ) The mechanical assemblies mentioned evolve in a housing, not shown, allowing the lubrication and Cooling, lubrication, cooling and arrangement of the mechanical parts will be adapted to the installation of the drive.

La première technologie est celle d!un différentiel( Fig, 1) permet pour une même vitesse d'entrée des vitesses de sortie différentes. The first technology is that of a differential ( Fig, 1) allows for the same input speed different output speeds.

Le corps du différentiel( J ) est entraîné en rotation par l'arbre d'entrée ( L). Cet entraînement ne sera pas détaillé étant donné le nombre de solutions que l'on peut envisager. The body of the differential (J) is rotated by the input shaft (L ). This drive will not be detailed given the number of solutions that the we can consider.

Les vitesses répondentà la loi mécanique suivante: Wdif <B≥ (Wa + Wb) / 2 Avec: - Wdif. - Vitesse de rotation du corps du différentiel: "Y' (En Tr/min par exemple) - Wa: Vitesse de rotation de l'arbre de sortie: "A", du différentiel (En Tr/min par exemple) - Wb: Vitesse de rotation de l'arbre de sortie: "B", du différentiel (En Tr/min par exemple) Les couples répondentà la loi mécanique suivante: Cdif <B≥ Ca + Cb Et, Ca <B≥ Cb Avec: Cdif. Couple dentraînement du corps du différentiel: "F par l'arbre & entré (En N/m par exemple) - Ca: Couple dentraînement de l'arbre de sortie: "A", du différentiel (En N/m par exemple) - Cb: Couple d'entraînement de l'arbrede sortie: "B", du différentiel (En N/m par exemple) La seconde technologie est celle & un train d'engrenage. On trouve deux types de trains, - Un trainà trois pignons(A, F & C) qui permet de transmettre le couple d'un des arbres du différentiel, sans en modifier le sens, au train épicycloïdal. Speeds respond to the following mechanical law: Wdif <B≥ (Wa + Wb) / 2 With: - Wdif. - Differential body rotation speed: "Y" (in RPM for example) - Wa: output shaft rotation speed: "A" , of the differential (In RPM for example) - Wb: Speed of rotation of the output shaft: "B", of the differential (In RPM for example) The couples answer to the following mechanical law: Cdif <B≥ Ca + Cb And, Ca <B≥ Cb With: Cdif Differential body drive torque : "F by the shaft & entered (In N / m for example) - Ca: Drive torque of the output shaft:" A ", differential (In N / m for example) - Cb: Torque drive of the shaft of output: "B ", of the differential (In N / m for example) The second technology is that & a gear train. There are two types of trains, - A train to three sprockets (A, F & C) which allows to transmit the torque of one of the differential shafts, without modifying the direction, to the epicyclic gear train.

Les vitesses répondentà la loi mécanique suivante: WaxRa=WcxRc Avec: - Wc: Vitesse de rotation du planétaire intérieur du train épicycloïdal:"C & F (En Tr/min par exemple) - Rc: Rayon primitif du pignon d'entraînement du planétaire intérieur du train épicycloïdal: "C" (En mm par exemple). The speeds answer to the following mechanical law: WaxRa = WcxRc With: - Wc: Speed of rotation of the inner planetary gear of the epicyclic train: "C & F (In RPM for example) - Rc: Primitive radius of the drive gear of the inner planetary gear of the epicyclic train: "C" (In mm for example).

- Ra: Rayon primitif du pignon de l'arbre de sortie:"A", du différentiel (En mm par exemple). - Ra: Primitive radius of the output shaft pinion: "A", differential (In mm for example).

Les couples répondentà la loi mécanique suivante: Ca/Ra=Cc/Rc Avec: - Cc: Couple de rotation du planétaire intérieur du train épicycloïdal: "C & E" (En N/m par exemple) - Un trainà deux pignons (B & D) qui permet de transmettre le couple de l'autre arbre du différentiel, en l'inversant, au train épicycloïdal. Les vitesses répondentà la loi mécanique suivante: WbxRb=-WdxRd Avec: - Wd: Vitesse de rotation du planétaire extérieur du train épicycloïdal:"K & D" (En Tr/min par exemple), - Rd: Rayon primitif du pignon d'entraînement du planétaire extérieur du train épicycloïdal: "D" (En mm par exemple). The torques correspond to the following mechanical law: Ca / Ra = Cc / Rc With: - Cc: Torque of rotation of the inner sun gear of the epicyclic gear: "C & E "(In N / m for example) - A train to two sprockets (B & D) which allows to transmit the torque of the other differential shaft, by reversing it, to the epicyclic gear train. The speeds answer to the following mechanical law: WbxRb = -WdxRd With: - Wd: Speed of rotation of the outer planet of the epicyclic train: "K & D "(In RPM for example), - Rd: Primitive radius of the drive gear of the outer planetary gear of the epicyclic train:" D "(in mm for example).

- Rb: Rayon primitif du pignon de l'arbre de sortie:b, du différentiel: "B" (En mm par exemple). - Rb: Primitive radius of the output shaft pinion: b, of the differential: "B" (In mm for example).

Les couples répondentà la loi mécanique suivante: Cb/Rb=-Cd/Rd Avec: - Cd: Couple de rotation du planétaire extérieur du train épicycloïdal:"D & W (En N/m par exemple) On notera que les trains & engrenages décrits peuvent être remplacés par & autres technologies (Pignon/ chaime, Poulies/ courroies... ). The pairs respond to the following mechanical law: Cb / Rb = -Cd / Rd With: - Cd: Rotational torque of the outer planetary gear of the epicyclic gear: "D & W (In N / m for example) Note that the gear trains described can be replaced by & other technologies (Pinion / chaime, Pulleys / belts ...).

Ces trains & engrenage permettent également & ajuster un rapport de réduction pour corriger les vitesses de rotation en fonction de l'application. These gear trains also allow & adjust a reduction ratio to correct rotational speeds depending on the application.

La troisième technologie est celle d'un train épicycloïdal ( Fig. 2). Le train épicycloïdal permet de faire évoluer la vitessede rotation d'un ou des satellite(s) ( I) en modifiant la vitesse relative du planétaire extérieur( K) par rapport au planétaire intérieur ( E ). The third technology is that of an epicyclic gear (Fig. 2). The epicyclic gear train makes it possible to change the speed of rotation of one or several satellites (s) (I ) by modifying the relative speed of the outer planet ( K ) in relation to the inner sun wheel ( E).

Dans l'invention, la vitesse relative entre le planétaire extérieure et le planétaire intérieur est une fonction, du couple du planétaire intérieur du train( E ), de celui du planétaire extérieur du train( K) et du couple résistant appliqué a l'ensemble satellite( 1 ). Ceci dans la limite de ce qui est acceptable par le différentiel (Voir loi de vitesse du différentiel). In the invention, the relative speed between the outer sun gear and the inner sun gear is a function of the torque of the inner sun gear of the (E), gear of that of the outer sun gear of the gear ( K ) and the resistive torque applied to the satellite set (1). This in the limit of what is acceptable by the differential (See speed law differential).

La vitesse du porte- planétaire répondà la loi mécanique suivante: Wps <B≥ (Wc x Re + Wd x (Re + 2 Ri / (2 (Re + Ri Avec: - Wps: Vitesse de rotation du Porte Satellite: "G" (En Tr/min par exemple). The speed of the planetary gate responds to the following mechanical law: Wps <B≥ (Wc x Re + Wd x ( Re + 2 Ri / (2 (Re + Ri With: - Wps: Speed of the Satellite Gate: "G" (Tr / min for example).

- Re: Rayon primitif du planétaire intérieur du train épicycloïdal:"E" (En mm par exemple) - Ri:: Rayon primitif du satellite du train épicycloïdal:'T' (En mm par exemple) La quatrième technologie est un pignon concentrique au train epicycloïdal ( S qui est entraîné par un pignon accouplé au planétaire ( H). - Re: Primitive radius of the inner sun gear of the epicyclic gear: "E" (In mm for example) - Ri: : Primitive radius of the satellite of the epicyclic train: 'T' (In mm for example) The fourth technology is a pinion concentric to the epicyclic train (S which is driven by a pinion coupled to the sun gear (H ).

La vitessede l'arbre de sortie répondà la loi mécanique suivante: Ws <B≥ (Rh x Wc x Re + Wps x (Re + Ri) (Rh-Ri /(Ri x (Re + - Rh Avec: - Ws: Vitesse de rotation de l'arbre de sortie du variateur:"S" (En Tr/min par exemple). The speed of the output shaft meets the at the following mechanical law: Ws <B≥ (Rh x Wc x Re + Wps x (Re + Ri) (Rh-Ri / (Ri x (Re + - Rh With: - Ws: Speed of rotation the output shaft of the drive: "S" (in RPM for example).

- Rh: Rayon primitif du pignon lié au satellite: "H" (En par exemple). Nota: Le rayon primitif Rh peut être ajusté en fonction de l'application du variateur. En effet si Rh est voisin de Ri, on peut obtenir une multiplication du couple d'entré très importante. - Rh: Primitive radius of the pinion linked to the satellite: "H" (in for example). Note: The pitch radius Rh can be adjusted according to the drive application. Indeed, if Rh is close to Ri, we can obtain a multiplication of the input torque very important.

Le couple de sortie répondà la loi mécanique suivante: Cs x Ws <B≥ Cd x Wd + Cc x Wc Avec: - Cs: Couple de l'arbre de sortie:"S" (En N/m par exemple) Ce variateur peut être aménagé de plusieurs options, - Un inverseur intégré entre l'arbre & entrée le différentiel pour passer en marche arrière. The output torque responds to the following mechanical law: Cs x Ws <B≥ Cd x Wd + Cc x Wc With: - Cs: Torque of the output shaft: "S" (In N / m for example) This variator can be equipped with several options, - An inverter integrated between the shaft & input the differential to go into reverse.

- L'arbre de sortie concentriqueà celui d'entrée. - The concentric output shaft to the input shaft.

- L'arbre & entré perpendiculaireà celui de sortie... - The tree & perpendicular to the output one ...

Cette liste n'est pas exhaustive. Le variateur sera être equipé des aménagements nécessairesà sa bonne implantation et utilisation.This list is not exhaustive. The drive will be equipped with the necessary adjustments to its good implementation and use.

Claims

CLAIMS 1) Device for automatically changing a reduction ratio characterized in that it comprises a housing in which is implanted, - A tree & entry ( L ), - A differential (j, A, B, M, N - Two gear trains ( A, F, C ) and ( B, D - An epicyclic train ( E, K, 1, G) - An entrapment of the output pinion (S) by a pinion ( H ) linked to the satellite (I ). 2) Device according to claim 1 characterized in that the differential allows, while maintaining the power transmitted, the relative evolution of the speed of each shaft of the differential ( A B ). 3) Device according to claim 1 characterized in that the gear (A, F, C) binds the sun gear in the same direction ( E) and the gear & gear (B> D) causes the planetary ( K ) in the opposite direction. 4) Device according to claim 1 characterized in that the planetary (E) and K ) of the epicyclic train turn at speeds which are a function of their relative torque to exercised by the satellite (1). 5) Device according to claim 1 characterized in that the output gear S exerts through the pinion ( H ) a resisting torque on the satellite 6) Device according to claims 1, 2, 3, 4 and 5 characterized in that reduction ratio is a function of the torque of the output shaft relative to the torque of the shaft & Entrance.