FR3106870A3 - Transmission mécanique - Google Patents

Abstract

L'invention est une transmission mécanique étagée très simple et très rustique, dont le rapport varie manuellement ou automatiquement, par exemple en fonction du couple transmis ou de la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée ou de l’arbre de sortie ou d’une combinaison de ces paramètres. Elle peut sélectionner automatiquement le rapport de transmission le plus approprié et ne produit aucun acyclisme. De telles transmissions peuvent aussi entrer dans la fabrication de transmissions robotisées à double embrayage et transférer des puissances importantes, tout en restant très simples à fabriquer et peu coûteuses. Fig. 1

Description

Transmission mécanique

L’invention est une transmission mécanique très simple et rustique de conception dont, dans une version perfectionnée, le rapport de transmission peut varier automatiquement en fonction du couple auquel elle est soumise ou de la vitesse de rotation de son arbre d’entrée ou de son arbre de sortie, ou même d’autres paramètres comme par exemple sur ordre d’un opérateur ou d’un ordinateur.

Problème technique

De nombreux ingénieurs ont conçu des boites de vitesses manuelles ou dont le rapport change automatiquement. Aucune ne donne vraiment satisfaction et toutes sont chères à fabriquer et rendue fragiles par leur conception complexe.

On connait un très grand nombre de documents décrivant des boites de vitesses manuelles et automatiques.

On connait en particulier la demande PCT-FR-2019-000030 de Franck Guigan [FR] déposée le 6 Mars 2019, qui propose d'utiliser un moyen mécanique permettant au maneton d'une manivelle de se rapprocher de son axe de rotation sous l’effet d’une force créée par le couple auquel est soumise la transmission, et/ou de s’en éloigner par sa vitesse et/ou par un rappel élastique, ce qui a pour effet de faire varier l'amplitude du mouvement de va et vient d'une bielle entraînée par ce maneton et commandant par une roue libre la rotation d'un arbre de sortie toujours dans le même sens.

On connait aussi les documents cités par cette demande, ceux cités dans son rapport de recherche ainsi que ceux cités dans le rapport de recherche de la demande de brevet FR1870485 de Franck Guigan [FR] déposée le 24 avril 2018.

L’invention sera bien comprise, et d’autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 12 qui représentent toutes des dispositifs ou partie de dispositifs selon l'invention.

Pour simplifier l’exposé,
- on dira ci-après qu’une transmission élémentaire est «connectée» ou «embrayée» dans le cas où elle entraîne son arbre de sortie aussi appelé sa sortie selon son rapport de transmission, et qu’elle est «déconnectée» ou «débrayée» dans le cas inverse;
- on appellera transmission élémentaire «adjacente» une transmission élémentaire ayant le rapport de transmission le plus proche de la transmission élémentaire considérée, supérieur ou inférieur à celui de la transmission considérée,
- et on définira une transmission élémentaire par son «rang» dans la liste des transmissions élémentaires dont le rapport de transmission va croissant, en partant de la transmission élémentaire de rang 1 pour celle correspondant au rapport de transmission le plus faible aussi couramment appelé la «premièrevitesse». Plusieurs transmissions élémentaires adjacentes de rang croissant peuvent ainsi être dénommées la «premièrevitesse », la «seconde vitesse», la «troisième vitesse», etc.

est une vue en perspective d’une transmission à trois transmissions élémentaires selon l’invention, dont le rapport change en fonction de la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée 2. Elle a donc trois vitesses correspondant à trois rapports de transmissions différents. L’arbre d’entrée 2 fait tourner trois pignons dentés dit d’entrée de diamètres différents dont on ne voit que le plus grand 203. Il entraîne en rotation les pignons d’entrée par trois limiteurs qui sont des bras d’entraînement 403a 403b et 403c dont une extrémité pivote autour d’un axe proche de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2 et dont l’autre coopère avec une butée 503 ou 503b solidaire du pignon d’entrée 203. Chaque pignon d’entrée entraîné en rotation par l’arbre d’entrée 2 peut entraîner à son tour en rotation par engrenage un pignon denté dit de sortie entraînant l’arbre de sortie 3 par une roue libre. On voit la roue libre 603 par laquelle le pignon de sortie 303 fait tourner l’arbre de sortie. La force centrifuge qui s’applique aux arbres tend à les éloigner de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2, mais un rappel élastique 803 tend au contraire à rapprocher les extrémités de ces arbres de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2. La tension de ce rappel élastique est réglable par le curseur 804.

est une vue en perspective d’une transmission similaire, vue du même côté mais sous une perspective différente. Les pignons dentés d’entrée ne sont pas montrés pour que l’on voie les trois ensembles de bras d’entraînement. Ces bras d’entraînement sont synchronisés et toutes leurs extrémités sont à la même distance de l’axe de l’arbre d’entrée 2.

est une vue en perspective sous un autre angle de la même transmission cette fois munie de tous ses pignons d’entrée.

est une vue en perspective d’un mécanisme de synchronisation des bras d’entraînement 401a, 401b et 401c. Chacun de ces trois bras d’entraînement est solidaire des bras d’entraînement homologues associés aux deux autres pignons d’entrée.

est une vue en perspective d’une transmission perfectionnée dont l’une des transmissions élémentaires est à rapport de transmission variable, comprenant une manivelle 101 reliée par une bielle 106 à un levier moteur 105 qui est souple. Cette première transmission à trois transmissions élémentaires est associée en parallèle avec une autre transmission comportant aussi trois transmissions élémentaires de rapports différents, dits rapports impairs pour les différencier des rapports dits pairs de la première transmission. Il y a donc six vitesses dont une à rapport de transmission variable. Chacune transmet son mouvement à un disque d’embrayage, 801 pour les rapports impairs et 802 pour les rapports pairs. Un disque d’embrayage mobile 800 coopère alternativement avec l’un et avec l’autre pour bénéficier des avantages d’une transmission robotisée à double embrayage.

est une vue en perspective d’une transmission dont les transmissions élémentaires sont embrayées en fonction du couple transmis. A l’opposé des transmissions des figures 1 à 3 et 5, le rappel élastique 803 tend à éloigner les extrémités des arbres de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2, et la tension de ce rappel élastique est réglable par le curseur 804. On peut distinguer un ressort hélicoïdal 806 qui permet à la partie d’un pignon denté comportant les dents peut de se décaler angulairement de la partie centrale de ce pignon entrainant la roue libre sous la force d’un couple transféré par le pignon, afin de réduire le choc imposé à la roue libre lorsque ce pignon commence à être entraîné.

est une vue en perspective d’une autre transmission selon l’invention dont les transmissions élémentaires sont également connectées en fonction du couple transmis. Les bras d’entraînement sont ici à l’intérieur des pignons d’entrée, et on voit les butées 501a et 501 b de la première vitesse, qui entraînent le pignon d’entrée 201.

est une vue en perspective de la même transmission vue sous un autre angle, mais ici démunie de ses pignons primaires pour que l’on puisse voir le détail des bras 401a 402a et 403a qui peuvent pivoter autour d’un ase légèrement éloigné de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2

est une vue de face du mécanisme d’entraînement du pignon d’entrée 201 de la première vitesse. A gauche, les bras 401a et 401b entraînent en rotation les butées 501a et 501b seulement, mais à droite, le couple résistant ayant diminué, les positions des bras ont pu changer, et leur extrémité entraîne alors aussi les butées 502a et 502b du pignon d’entrée 202 de la seconde vitesse qui n’est pas visible.

est une vue de face du mécanisme d’entraînement du pignon d’entrée 202 de la seconde vitesse. A gauche, les bras 402a et 402b entraînent les butées 502a et 502b seulement, mais à droite, le couple résistant ayant diminué, les positions des bras ont pu changer, et leur extrémité entraîne alors aussi les butées 503a et 503b du pignon d’entrée 203 de la troisième vitesse qui n’est pas visible.

est une vue de face du mécanisme d’entraînement du pignon d’entrée 203 de la troisième et dernière vitesse. Les bras 403a et 403b entraînent les butées 503a et 503b.

est un vue en perspective du mécanisme d’entraînement du pignon d’entrée 202 de la seconde vitesse.

La présente invention est une transmission mécanique dite transmission étagée comportant une pluralité de moyens de transfert du mouvement de son arbre d’entrée 2 à son arbre de sortie 3, dits transmissions élémentaires comportant chacune une entrée pouvant être entraînée en rotation par ledit arbre d’entrée et une sortie pouvant entraîner en rotation ledit arbre de sortie, au moins deux transmissions élémentaires pouvant assurer ce transfert de mouvement selon un rapport de transmission différent, caractérisée en ce que:
- une transmission élémentaire au moins est munie d’un moyen d’embrayage dit limiteur 403 ayant pour effet de déconnecter mécaniquement sa sortie de son entrée pour la mettre en configuration dite déconnectée, ou au contraire de lier mécaniquement sa sortie à son entrée pour la mettre en configuration dite connectée,
- l’une au moins desdites transmissions élémentaires comporte un moyen d’embrayage unidirectionnel dit roue libre 603 permettant à deux transmissions élémentaires de rapport de transmission différent d’être simultanément en configuration dite connectée, alors qu’une seule d’entre elles assure effectivement le transfert du mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie,
- lorsqu’une transmission élémentaire de rang N est en configuration connectée et assure effectivement le transfert du mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie, un moyen dit de débrayage de transmission élémentaire a pour effet qu’aucune transmission élémentaire de rang supérieur à N ne peut être en configuration dite connectée,
étant précisé que l’on entend ci-avant et ci-après par«rang» d’une transmission élémentaire son ordre dans la liste des transmissions élémentaires dont le rapport de transmission va croissant, en partant de la transmission élémentaire de rang 1 pour celle correspondant au rapport de transmission le plus faible aussi couramment appelé la «premièrevitesse».

Description détaillée de l’invention

Le principe de la présente invention consiste à relier un arbre d’entrée 2 à un arbre de sortie 3 par une pluralité de moyens différents ayant chacun un rapport de transmission différent et à sélectionner celui de ces moyens qui est le plus adapté à la situation.

Le premier avantage de cette organisation est que dans le cas où une transmission élémentaire est constituée par deux pignons dentés coopérant l’un avec l’autre, ces deux pignons dentés restent en permanence en coopération, et qu’il n’est donc pas nécessaire de doter la transmission de synchros pour éviter les conflits de denture.

Les transmissions élémentaires ont chacune un rapport de transmission différent, et la présence de roues libres fait que l’on peut embrayer simultanément deux transmissions élémentaires de rapport de transmission différents. Grâce à la présence de roues libres, le fait d’embrayer une transmission élémentaire de rang N peut sans inconvénient entraîner automatiquement l’embrayage des transmissions élémentaires de rang inférieur. Comme c’est la transmission élémentaire de rang plus élevé qui fait tourner l’arbre de sortie à la vitesse angulaire la plus élevée, la présence d’une roue libre a pour effet que c’est cette transmission élémentaire et elle seule qui transmet le couple à l’arbre de sortie.

L’arbre d’entrée 2 et l’arbre de sortie 3 de la transmission étagée peuvent être alignés. Il suffit pour cela de prévoir un renvoi par engrenages de l’arbre de sortie 3 vers l’axe de l’arbre d’entrée 2, mais lorsque deux transmissions élémentaires sont associées en série, il est plus commode que l’axe de rotation de l’arbre de sortie de la seconde transmission élémentaire soit confondu avec celui de l’arbre d’entrée de la première transmission élémentaire. Dans ce cas, il est particulièrement avantageux de munir la transmission d’un embrayage unidirectionnel permettant au bâti supportant les transmissions élémentaires de tourner autour de l’axe commun aux arbres d’entrée et de sortie de la transmission, dans lesens moteur, et de munir la transmission étagée d’un limiteur de couple ou de vitesse sur son arbre de sortie 3 ou sur son arbre d’entrée 2, laissant le bâti tourner tant que ce limiteur dit limiteur général n’entre pas en action. Ainsi, la transmission étagée peut tourner en prise directe tant que ce limiteur n’entre pas en action.

La version la plus simple de la présente invention (non représentée) ne comporte que deux transmissions élémentaires. L’une d’elles est un engrenage associant deux pignons permettant par exemple de réduire le rapport de réduction à une valeur inférieure à 1, et l’autre est la prise directe entre l’arbre d’entrée 2 et l’arbre de sortie 3 par l’intermédiaire d’une roue libre qui n’est connectée que lorsqu’un limiteur le permet. Une telle transmission peut avoir ses arbres d’entrée et de sortie alignés, ce qui fait que l’ensemble peut tourner lorsqu’elle est en prise directe.

Il existe un mode de mise en œuvre de la présente invention particulier, dans lequel la transmission étagée comporte un train épicycloïdal, dont l’arbre d’entrée fait tourner l’un des trois composants. On entend ci-avant et ci-après par composants d’un train épicycloïdal soit le porte satellite muni de ses satellites, le soleil, et la couronne, soit un porte satellite muni de satellites comportant eux-mêmes deux pignons dentés de diamètres différents solidaires entre eux, associé soit à deux couronnes de diamètres différents, soit à deux soleils de diamètres différents. Ces différents types de trains épicycloïdaux offrent des avantages différents bien connus, notamment quant au sens de rotation de celui de leurs composants constituant l’arbre de sortie par rapport au sens de rotation de celui constituant leur arbre d’entrée. Dans une des configurations possibles, la transmission élémentaire de rang le plus élevé transmettant le mouvement est constituée par un embrayage de l’arbre de sortie sur l’arbre d’entrée par l’intermédiaire de son limiteur. La transmission élémentaire de rang le plus élevé met la transmission étagée en prise directe, les trois composants du train épicycloïdal tournant ensemble à la même vitesse de rotation. Lorsque le limiteur de cette première transmission élémentaire débraye cette transmission élémentaire, la transmission étagée passe dans une configuration dans laquelle la transmission élémentaire transmettant le mouvement est constituée par le fonctionnement du train épicycloïdal lui-même dont les trois composants tournent à des vitesses différentes, une roue libre empêchant l’un des autres composants du train épicycloïdal de tourner dans une de ses deux directions possibles de rotation, de telle sorte que l’arbre d’entrée entraîne l’arbre de sortie à une vitesse de rotation différente à celle à laquelle il aurait été entraîné dans la configuration de prise directe décrite précédemment, et/ou dans le sens inverse.

Une transmission élémentaire peut être embrayée sur l’arbre d’entrée par tout moyen commandé manuellement ou par un ordinateur, comme par exemple un limiteur 403 constitué d’un élément de blocage solidarisant en rotation l’arbre d’entrée et l’entrée de la transmission élémentaire considérée.

Avantageusement, toutes les transmissions élémentaires comportent un limiteur de couple ou de vitesse de rotation, mais ce n’est pas indispensable car l’une d’entre elles, par exemple la première vitesse, peut ne pas en comporter et être en prise directe permanente. L’avantage de munir la première vitesse d’un limiteur de couple ou de vitesse de rotation est de pouvoir utiliser cette transmission élémentaire comme embrayage.

Une solution très simple est que le limiteur de couple comporte un bras d’entraînement qui relie directement ou indirectement l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie de la transmission élémentaire à laquelle il appartient lorsque le couple auquel est soumise la transmission élémentaire considérée excède une valeur déterminée ou est inférieur à une valeur déterminée. Cette méthode est connue parce qu’elle est utilisée pour certains limiteurs de couple à rupture. La liaison permanente de ce bras d’entraînement peut se situer à l’une ou l’autre de ses deux extrémités, celle la plus prochede son axe de rotation ou l’autre.

En jouant sur la position du centre de gravité de ce bras d’entraînement, on peut aussi mettre en service et hors service une transmission élémentaire en fonction de la vitesse de rotation de son arbre d’entrée ou de son arbre de sortie. C’est ainsi que fonctionne la transmission des figures 1 à 3.

Lors d’une surcharge mécanique, un bras d’entraînement fléchit et son extrémité mobile cesse de coopérer avec son moyen de liaison mécanique avec l’arbre d’entrée 2 ou avec l’arbre de sortie 3, selon le cas. Le pignon d’entrée n’est dans ce cas plus accouplé à l’arbre d’entrée 2, tandis que le ré-accouplement est automatique. On peut utiliser des bras rigides et articulés ou des bras flexibles, ou même des bras qui sont à la fois articulés et flexibles. Ils peuvent munis ou non de crochets comme représenté sur les figures 1 à 3 et 5.

Un bras d’entraînement peut être muni d’un rappel élastique lui conférant plusieurs positions intermédiaires de repos privilégiées, ou de crantages. D’une façon plus générale, un limiteur peut être muni d’un rappel élastique ne permettant sa mise en service ou hors service que dans une plage limitée de couple transmis ou de vitesse selon le cas. Ainsi, on évite que deux transmissions élémentaires voisines soient sélectionnées alternativement en passant trop fréquemment de l’une à l’autre lorsque leur limiteur de couple ou de vitesse de rotation est proche de la vitesse à laquelle il se met en service.

La liaison entre un bras d’entraînement et le pignon dont il assure l’entraînement peut être mécanique ou magnétique. D’une façon générale, tous les types de limiteurs de couple ou de vitesse connus peuvent être utilisés.

Une des transmissions élémentaires peut ne pas être dotée de roue libre, par exemple celle correspondant à la dernière vitesse dont le pignon secondaire est toujours celui qui tourne le plus vite lorsque la transmission élémentaire correspondante est connectée. De même, une des transmissions élémentaires peut ne pas être munie d’un limiteur, comme par exemple la première vitesse qui peut rester connectée en permanence.

Le moyen d’embrayage constituant un limiteur peut avantageusement être magnétique ou électro-magnétique pour éviter tout conflit mécanique comme par exemple un conflit de denture.

Le moyen d’embrayage peut être aussi un moyen solidarisant le pignon d’entrée d’une transmission élémentaire avec celui d’une autre transmission élémentaire. L’homme de l’art sait concevoir des surfaces rainurées radialement qui procurent ce type de solidarisation lorsque l’on plaque l’une de ces surfaces sur une autre qui lui est complémentaire. On peut par exemple installer un ressort entre une telle surface liée en rotation à un pignon primaire et une surface similaire liée en rotation au pignon primaire de la transmission élémentaire adjacente, ces ressorts étant choisis pour que la pression sur le premier pignon entraîne les pignons dans un ordre déterminé d’une position dite de repos dans laquelle ils sont libres à une position dite de travail dans laquelle un pignon est solidarisé avec celui de la transmission élémentaire de rang immédiatement inférieur ou immédiatement supérieur, pour tourner avec lui.

Un moyen recommandé, non représenté, peut consister par exemple à ce qu’un capteur de couple constitué par une barre de torsion entraîne mécaniquement le rapprochement ou l’éloignement d’un pignon primaire d’un autre qui lui est adjacent, ou d’un moyen de solidarisation entre deux pignons du moyen similaire qui lui est adjacent.

Le volume dans lequel est installé ce mécanisme de solidarisation de deux pignons de transmissions primaires adjacentes peut être un anneau, et les diamètres intérieur et extérieur de cet anneau peuvent varier d’un mécanisme au mécanisme de la transmission élémentaire adjacente pour disposer de la place nécessaire au fonctionnement de ces mécanismes sans élargir pour autant les pignons primaires correspondants. Ceci permet de limiter l’encombrement total de la transmission étagée.

Un pignon primaire passant d’une position libre à une position de travail peut passer par une étape intermédiaire dans laquelle il est entraîné par friction, avec une possibilité de glissement procurant le même effet qu’un synchro de boite de vitesses. Dans le cas où le moyen d‘embrayage est magnétique ou électro-magnétique, un pignon primaire peut comporter des aimants qui s’attirent lorsqu’ils sont en position de travail. La fonction d’embrayage peut ainsi être progressive et sans poussière ni usure. Dans un mode perfectionné, l’aimant ou l’électro-aimant peut avoir deux positions possibles pour ne pas être attiré par un autre en position de repos.

Les limiteurs d’une transmission étagée comportant des moyens de solidarisation en rotation d’un pignon d’entrée avec celui d’une transmission élémentaire adjacente peuvent ainsi former un moyen d’embrayage cumulatif embrayant de 0 à N pignons dans un ordre correspondant à des valeurs croissantes ou décroissantes du rapport de couple de la transmission élémentaire à laquelle ils appartiennent.

Un perfectionnement peut consister à ce que le moyen de solidarisation d’un pignon d’entrée avec celui d’une transmission primaire adjacente peut aussi déplacer le pignon primaire le long de son axe de rotation. Ce déplacement peut avoir pour effet supplémentaire celui de faire cesser sa coopération avec le pignon secondaire de sa transmission élémentaire lorsque ce n’est pas celle-ci qui transfère le mouvement de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie, afin de diminuer le bruit et d’améliorer le rendement. Il faut toutefois dans ce cas gérer le conflit de denture possible au moment où il s’agira de rétablir cette coopération.

Pour simplifier la construction, un limiteur peut aussi avoir la fonction de roue libre. Un pignon primaire peut par exemple comporter une partie constituant le limiteur ou solidaire de lui, séparée de sa denture par un moyen d’embrayage unidirectionnel comme une roue libre.

A la fois le limiteur et la roue libre d’une transmission élémentaire munie de tels composants peuvent aussi bien se trouver combinés avec son pignon d’entrée qu’avec son pignon de sortie.

Dans un mode préféré, un limiteur débraye la transmission élémentaire à laquelle il appartient lorsqu’une condition dite de débrayage de la transmission élémentaire considérée est remplie, cette condition de débrayage pouvant être que le couple auquel ladite transmission élémentaire est soumise est inférieur à une valeur prédéterminée, ou que la vitesse de rotation à laquelle elle est soumise est inférieure ou supérieure à une valeur prédéterminée.

Avantageusement, le moyen de neutralisation d’embrayage empêche une transmission élémentaire d’être embrayée dès lors que la transmission étagée n’est pas soumise à la condition de débrayage de la transmission élémentaire considérée.

On peut utiliser un limiteur mécanique de couple ou de vitesse pour déterminer quelle est la transmission élémentaire qui transmet le mouvement de l’arbre d’entrée 2 à l’arbre de sortie 3.

Lorsqu’un limiteur d’une transmission élémentaire la déconnecte, les conditions provoquant la déconnexion cessent parce que le couple subi par cette transmission élémentaire devient nul, ou bien parce que la vitesse devient supérieure ou inférieure au seuil prévu pour entraîner la déconnexion, selon le cas. Il faut éviter que le limiteur considéré se reconnecte instantanément pour cette seule raison.

La troisième vitesse se déconnecte à partir d’un certain couple transmis, et c’est alors le pignon de la seconde vitesse qui prend le relais. Dans ce cas, il ne faut pas que la troisième vitesse puisse se remettre en service, car elle se déconnecterait immédiatement puisque le couple est insuffisant pour qu’elle reste en service. La solution est que la troisième vitesse ne puisse pas se reconnecter dès lors que la seconde vitesse est connectée et que c’est elle qui transfère le mouvement de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie. Il faut donc que la position du bras entraînant la rotation du pignon d’entrée 202 empêche toute coopération entre le bras 403 et le pignon 203. Cette règle est appliquée aux transmissions apparaissant sur toutes les figures.

Une méthode particulièrement avantageuse est que plusieurs transmissions élémentaires comportent un limiteur, et que le limiteur d’une des transmissions élémentaires est lié mécaniquement au limiteur d’une autre transmission élémentaire de telle sorte que lorsque ce limiteur connecte une transmission, cela empêche simultanément le limiteur de la transmission élémentaire de rang supérieur de la connecter. Une telle liaison mécanique entre deux limiteurs est asymétrique, la connexion de l’un des deux limiteurs et le fait que ce soit la transmission élémentaire à laquelle il appartient qui transfère effectivement le mouvement de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie empêchant la connexion du limiteur de la transmission élémentaire de rang supérieur.

Plus généralement, il est avantageux qu’un limiteur comporte un moyen dit moyen de neutralisation d’embrayage empêchant une transmission élémentaire d’être embrayée, dans le cas où la transmission étagée n’est pas soumise à la condition de débrayage de la transmission élémentaire considérée.

Lorsque le couple transmis ou la vitesse de rotation, selon le cas, est proche de la condition de débrayage d’une transmission élémentaire, la transmission étagée pourrait mettre en service et hors service une transmission élémentaire à un rythme d’alternance rapide, ce qui n’est pas souhaitable parce que cela provoquerait des à-coups dans la transmission et une usure prématurée. Pour éviter cela, il est souhaitable que la condition de débrayage d’une transmission élémentaire soit différente d’une condition dite condition d’embrayage qui est celle provoquant l’embrayage de la transmission élémentaire considérée, cette condition d’embrayage pouvant être que le couple auquel la transmission élémentaire considérée est soumise est supérieur à une valeur prédéterminée, ou que la vitesse de rotation à laquelle elle est soumise est supérieure ou inférieure à une valeur prédéterminée, selon le cas.

Une façon avantageuse d’obtenir ce résultat est qu’un limiteur ou l’ensemble des limiteurs comporte un moyen de rappel vers au moins une position d’équilibre associée à une transmission élémentaire, ce moyen de rappel favorisant le maintien de l’embrayage de la transmission élémentaire considérée même sensiblement au-delà de ses conditions d’embrayage et de débrayage.

On voit sur les figures 9 à 11 que les extrémités des bras d’entraînement et les butées avec lesquelles ils coopèrent pour entraîner les pignons d’entrée ont une forme provoquant cet équilibre. La figure 12 permet de distinguer une excroissance cylindrique 4020 à l’extrémité du bras 402b qui vient se loger dans une encoche cylindrique 5020 dans la butée 502b afin de créer une position d’équilibre de la seconde vitesse même lorsque la condition de débrayage est atteinte et légèrement dépassée. L’homme de l’art peut utiliser de nombreux autres moyens pour obtenir un résultat similaire, par exemple en donnant aux bras des positions d’équilibre intermédiaire par l’utilisation de rappels élastiques ou de crantages.

Il ne faut pas que la position d’un bras d’entraînement, lorsqu’il assure la mise en service d’un pignon d’entrée, ne permette pas au bras d’entraînement de la transmission élémentaire adjacente d’atteindre la position permettant la mise en service de cette transmission élémentaire adjacente. En particulier, il est particulièrement important de veiller à ce qu’une transmission élémentaire doit pouvoir passer en configuration embrayée lorsque la transmission élémentaire adjacente inférieure l’est aussi.

Dans le cas où le couple transmis par l’arbre d’entrée est irrégulier (pédalier de vélo, manivelle, moteur à combustion interne, etc.), il peut être avantageux de limiter les possibilités de variation d’effet d’un limiteur au cours d’un cycle de rotation de l’arbre d’entrée. Une méthode préférée pour cela est que le changement de configuration embrayée à débrayée ou de débrayée à embrayée de la transmission élémentaire à laquelle il est associé soit ralenti par un moyen d’amortissement.

Il est possible de réaliser des versions simplifiées de transmissions selon la présente invention. Par exemple, les fonctions d’embrayage unidirectionnel dit roue libre et de moyen d’embrayage dit limiteur peuvent être obtenues par deux pignons dentés dont les dentures sont asymétriques pour obtenir l’effet d’embrayage unidirectionnel, et par une déformation élastique d’une partie quelconque de la transmission élémentaire considérée pour obtenir l’effet de moyen d’embrayage dit limiteur. Ces deux pignons dentés ne coopèrent pas dans une des deux directions possibles de leurs rotations respectives, et en jouant sur la souplesse de déformation des pignons dentés, on peut favoriser la connexion d’une transmission élémentaire pour une plage de couple ou de vitesse de rotation. Cette version n’est pas représentée.

Pour limiter le choc subi par une roue libre lors de la connexion de la transmission élémentaire à laquelle elle est associée, il est avantageux qu’un élément quelconque d’une transmission élémentaire ait une possibilité de déformation élastique. La figure 6 permet de voir un ressort hélicoïdal 806, assurant la liaison mécanique entre la denture et la roue libre du pignon secondaire 303 qui assure cette fonction.

Un autre moyen de protection de la roue libre peut consister à munir la sortie d’une transmission élémentaire d’un embrayage centrifuge, ce qui a pour effet qu’elle n’entraîne l’arbre de sortie qu’après son embrayage par le limiteur.

La présente invention permet de réaliser des transmissions automatiques n’utilisant aucun dispositif électromécanique ou informatique, mais elle peut aussi être mise en œuvre en utilisant des limiteurs comportant un ou plusieurs actionneurs commandés électriquement ou par un ordinateur. Il est également possible de réaliser une transmission manuelle en actionnant manuellement chacun des limiteurs ou l’ensemble des limiteurs lorsque ces derniers sont reliés mécaniquement.

On peut bien sûr assembler un très grand nombre de transmissions élémentaires, et ces transmissions élémentaires peuvent être de natures différentes, se connectant et se déconnectant en fonction de paramètres différents comme le couple ou la vitesse, comme une combinaison des deux ou encore manuellement ou sur commande d’un ordinateur.

Une transmission élémentaire peut comporter plusieurs limiteurs de caractéristiques différentes assemblés en série. Les possibilités sont donc très nombreuses. Cela permet d’embrayer une transmission élémentaire en fonction d’une combinaison de commandes manuelles ou informatisées, et de paramètres de vitesse de rotation et de couple transmis.

Les grands avantages de la présente invention sont que le changement de rapport de transmission peut être entièrement automatisé en fonction du couple transmis et/ou de la vitesse d’un arbre d’entrée ou de sortie, et qu’il n’est pas nécessaire de munir une telle transmission de synchros ou même d’embrayage comme on le verra plus loin.

Un limiteur de couple ou de vitesse peut être muni d’un moyen dit de réglage de sensibilité permettant de faire varier la valeur du couple ou de la vitesse entraînant la connexion et la déconnexion d’une transmission élémentaire. Ce moyen peut modifier aussi bien les règles de fonctionnement d’un seul limiteur ou être commun à plusieurs limiteurs comme cela est représenté aux figures 1 à 3 et 6.

La figure 4 montre un mécanisme de synchronisation de bras d’entraînement 401b et 401c. L’homme de l’art peut utiliser un tel mécanisme pour déplacer non pas trois bras supportant chacun un support d’un lien élastique 804 comme représenté à la figure 6, mais un nombre plus grand de tels support de telle sorte qu’ils forment ensemble une trajectoire restant sensiblement circulaire pour toutes les positions des bras d’entrainement (version non représentée). La tension du lien élastique 804 peut alors facilement être modifiée en temps réel par l’utilisateur, soit avec une commande par câble soit par l’utilisation de moyens électriques qui peuvent être commandés par ordinateur. Dans le cas d’une automobile par exemple, la tension de ce lien élastique peut être modifiée par la pression sur la pédale d’accélérateur.

L’homme de l’art a à sa disposition de très nombreux autres moyens de faire varier l’effet du couple ou de la vitesse d’un arbre sur un limiteur, ainsi que son rappel élastique. Cela est particulièrement facile lorsque le moyen d’embrayage est un moyen solidarisant en rotation le pignon d’entrée d’une transmission élémentaire avec celui d’une ou plusieurs autres transmissions élémentaires, car le rappel élastique peut alors être un simple un ressort situé dans l’axe de rotation de l’arbre primaire (version non représentée). La tension ou la compression de ce ressort peut en effet facilement être modifiée pendant la rotation de l’arbre et des pignons.

Un tel moyen de réglage peut aussi permettre de déconnecter une transmission élémentaire, ce qui donne ainsi une fonction de débrayage à la transmission. Il est à noter que cet embrayage se produit sans friction, donc sans pratiquement aucune perte d’énergieou usure ou poussière.

Un tel moyen de réglage peut aussi, indirectement, permettre de sélectionner manuellement ou par ordinateur la connexion ou la déconnexion d’une transmission élémentaire, et donc de changer sur commande le rapport de transmission.

Ce perfectionnement est en supplément utile parce qu’il permet de doter la transmission d’une marche arrière, laquelle peut ainsi être débrayée lorsque la transmission fonctionne en marche avant. Symétriquement, la ou les transmissions élémentaires correspondant à la marche avant peuvent être débrayées lorsque la transmission élémentaire correspondant à la marche arrière est mise en service.

Lorsqu’elle est entraînée par un moteur thermique tournant toujours dans le même sens, une transmission élémentaire assurant la marche arrière diffère d’une transmission élémentaire assurant la marche avant par la nature de ses engrenages qui doivent entraîner un changement de direction par rapport à celui d’une transmission élémentaire assurant la marche avant, mais lorsque l’arbre d’entrée 2 est entraîné en rotation par un moteur électrique qu’il est facile de faire tourner dans un sens ou dans l’autre, une transmission élémentaire assurant la marche arrière ne diffère d’une transmission élémentaire assurant la marche avant que par le sens de rotation autorisée de son embrayage unidirectionnel.

Dans une version perfectionnée représentée à la figure 5, une au moins desdites transmissions élémentaires (ici la première vitesse) a un rapport de transmission qui varie en fonction du couple auquel elle est soumise ou de sa vitesse de rotation. Il existe de nombreuses façons de réaliser de telles transmissions, dont celles décrites dans les documents PCT-FR-2019-000030 et FR1870485 précités.

Il est également possible de réaliser avec l’invention des boites de vitesses à double embrayage comme celle représentée à la figure 5. Une telle transmission comporte deux ensembles de transmissions élémentaires correspondant à des rapports de transmission dit pairs et impairs comme cela est largement connu. Chacune de ces transmissions élémentaires transmet son mouvement à un disque d’embrayage, respectivement 801 et 802. Ces disques d’embrayage coopèrent alternativement avec l’arbre de sortie 3 de l’ensemble par un troisième disque d’embrayage 800. L’avantage est d’éviter les chocs lors de la mise en service d’une roue libre, puisque celle-ci est mise en service avant d’assurer la transmission du couple à l’arbre de sortie 3. Cette disposition est donc particulièrement adaptée aux transmissions de puissance.

Une autre méthode, plus simple, permettant d’éviter les chocs lors de la mise en service d’une roue libre peut consister à munir un élément quelconque d’une transmission élémentaire 806 d’une possibilité de déformation élastique. La partie d’un pignon denté comportant les dents peut par exemple se décaler angulairement de la partie centrale de ce pignon sous la force d’un couple transféré par le pignon comme représenté à la figure 6. Lorsqu’une transmission élémentaire ne transfère pas le couple, le pignon considéré est ainsi en configuration de repos, et il ne passe que progressivement en position de travail lorsque la transmission élémentaire considérée est connectée. Un tel pignon denté élastique peut aussi bien être un pignon d’entrée qu’un pignon de sortie.

Dispositions et combinaisons particulières

Une transmission selon l’invention peut aussi être associée en série avec tout autre type de boite de vitesses manuelle ou automatique. On peut en particulier associer deux transmissions selon l’invention, et l’une d’elles peut être manuelle tandis que l’autre peut être automatique. La transmission manuelle peut permettre à l’utilisateur de choisir un mode de fonctionnement allant par exemple pour un vélo ou une voiture de «promenade» à «sport» tandis que la transmission automatique adapte ensuite le rapport de transmission aux conditions rencontrée comme la nature du terrain par exemple.

Deux transmissions selon l’invention ou d’autres natures peuvent être associées en parallèle, partageant le même arbre de sortie et ayant des arbres d’entrée entraînés en rotation par des moyens différents, comme par exemple un pédalier et un moteur dans le cas des vélos électriques. Lorsqu’une transmission selon l’invention comporte un train épicycloïdal, l’un des composants de ce train peut recevoir l’énergie d’une source d’énergie et l’autre d’une autre, comme cela est connu.

Les transmissions selon l’invention peuvent aussi être assemblées en parallèle pour entraîner deux roues d’un même essieu sans avoir besoin de différentiel.

Un assemblage en série de transmissions étagées selon l’invention permet de disposer d’un nombre de rapports de transmission qui est le résultat de la multiplication des nombres de transmissions élémentaires de chacune des transmissions étagées.

Toutes les dispositions et combinaisons décrites dans le document PCT-FR-2019-000030 précité peuvent évidemment être mises en œuvre dans le cadre de la présente invention, dont en particulierlorsqu’une transmission élémentaire est à rapport de transmission variable en continu :
- le blocage et déblocage de la variation du rayon de giration du maneton,
- la limitation de la variation pendant une partie du cycle,
- la modification de l’orientation d’une crémaillère,
- la mise en œuvre de formes conjuguées entre crémaillère et secteur,
- l’utilisation d’une double crémaillère fonctionnant à l’aller et au retour,
- l’utilisation de crémaillères interchangeables,
- l’inversion de la transmission,
- le blocage de la transmission,
- la limitation de la course de la crémaillère et/ou du secteur,
- le rappel élastique en fin de la course d’un élément de liaison,
- l’utilisation d’un levier moteur,
et dans tous les cas:
- la limitation de la déformation élastique d’un élément de liaison,
- l’amortissement de toute déformation élastique d’un élément de liaison,
- l’équilibrage d’une transmission par disposition de plusieurs transmissions élémentaires symétriquement par rapport à l’axe de l’arbre d’entrée et/ou de l’arbre de sortie,
- le fonctionnement réciproque, permettant de disposer d’un frein moteur ou de faire démarrer un moteur à explosion,
- le stockage d’énergie et le freinage,
- et l’utilisation d’un lanceur séparé.

L’invention est aussi une machine munie d’une transmission selon l’invention ou transmettant sa puissance par une telle transmission, ou mise en mouvement par une telle transmission.

Elle est aussi le procédé de transmission de mouvement d'un arbre d’entrée 2 à un arbre de sortie 3 par l’utilisation d’une transmission mécanique selon l’invention.

Applications

Les principales applications sont les suivantes:
- les boites de vitesses étagées à rapports fixes, manuelles ou à changement de vitesse automatique, en particulier celles dont le rapport de transmission change automatiquement en fonction du couple résistant et/ou du régime moteur, et/ou de la vitesse de rotation de l’arbre de sortie,
- les transmissions à variation continue à engrenages,
- les embrayages centrifuges sans déperdition d’énergie,
- les limiteurs de couple,
- le transfert de puissance à une pluralité de roues motrices par une pluralité de transmissions selon l’invention, en remplacement des différentiels,
- la combinaison de plusieurs sources d’énergie, chacune étant reliée à un même arbre de sortie par une transmission selon l’invention, ou par une transmission élémentaire d’une transmission selon l’invention,
- les moteurs électriques munis d’une transmission selon l’invention pour supporter tout couple supérieur à celui fourni par le moteur lors de son fonctionnement normal, par exemple celui qui est nécessaire au démarrage ou en cas de surcharge mécanique,
- la récupération d’énergie au freinage, par l’accouplement des roues à un moyen de stockage d’énergie, en faisant varier le rapport de transmission pour doser l’énergie stockée et donc l'importance du freinage,
- l’adaptation en temps réel du rapport de transmission des éoliennes et des hydroliennes à la vitesse optimale de leur générateur électrique
- le stockage d’énergie dans des volants d’inertie de machines industrielles et de jouets,
- la propulsion des vélos et autres véhicules ou machines mus par un pédalier ou des manivelles,
- l’automobile,
- les winches, crics et treuils dont le rapport de transmissions s‘adapte automatiquement au couple résistant,
- les outillages tournants.

Claims (1)

1. Transmission mécanique dite transmission étagée comportant une pluralité de moyens de transfert du mouvement de son arbre d’entrée (2) à son arbre de sortie (3), dits transmissions élémentaires comportant chacune une entrée pouvant être entraînée en rotation par ledit arbre d’entrée et une sortie pouvant entraîner en rotation ledit arbre d’entrée, au moins deux transmissions élémentaires pouvant assurer ce transfert de mouvement selon un rapport de transmission différent, caractérisée en ce que:
   - une transmission élémentaire au moins est munie d’un moyen d’embrayage dit limiteur (403) ayant pour effet de déconnecter mécaniquement sa sortie de son entrée pour la mettre en configuration dite déconnectée, ou au contraire de lier mécaniquement sa sortie à son entrée pour la mettre en configuration dite connectée,
   - l’une au moins desdites transmissions élémentaires comporte un moyen d’embrayage unidirectionnel dit roue libre (603) permettant à deux transmissions élémentaires de rapport de transmission différent d’être simultanément en configuration dite connectée, alors qu’une seule d’entre elles assure effectivement le transfert du mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie,
   - lorsqu’une transmission élémentaire de rang N est en configuration connectée et assure effectivement le transfert du mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie 3, un moyen dit de débrayage de transmission élémentaire a pour effet qu’aucune transmission élémentaire de rang supérieur à N ne peut être en configuration dite connectée,
   étant précisé que l’on entend ci-avant et ci-après parrang» d’une transmission élémentaire son ordre dans la liste des transmissions élémentaires dont le rapport de transmission va croissant, en partant de la transmission élémentaire de rang 1 pour celle correspondant au rapport de transmission le plus faible aussi couramment appelé la «premièrevitesse».