FR3108699A3 - Boite de vitesses - Google Patents

Abstract

L'invention est une transmission mécanique étagée très simple et très rustique, dont le rapport peut varier automatiquement en fonction du couple auquel est soumis son arbre de sortie ou en fonction de tout autre paramètre. 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

Boite de vitesses

L’invention est une transmission mécanique très simple et rustique de conception, ne nécessitant pas d’être débrayée pour que l’on puisse changer de vitesses, et ne nécessitant pas de synchro non plus.

Problème technique

De nombreux ingénieurs ont conçu des boites de vitesses permettant de se passer d’embrayage et de synchro.

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

On connait en particulier les trois documents suivants :
- GB758516 (A) du 3 octobre 1956 de Thomas Hindmarch, qui décrit une transmission dont l'arbre d'entrée entraîne des pignons s'engageant avec un pignon sur l’arbre de sortie, au moins un pignon sur l'arbre d'entrée étant pourvu d'un embrayage à friction à sélection de vitesse et au moins un pignon sur l'arbre de sortie étant pourvu d'une roue libre.
- GB2193766 (A) du 17 février 1988 de Eric Albert Whateley, qui décrit une transmission comprenant deux embrayages à friction et deux roues libres, et des moyens de commande pour débrayer l’un des embrayages à friction.
- et WO2020020398 (A1) du 30 janvier 2020 de Ps Satyanarayana [IN] et Prajod Ayyyppath [IN] qui décrit une boîte de vitesses à deux vitesses qui comprend deux étages d'engrenage, le premier étage d'engrenage étant relié de façon fixe à l'arbre d'entrée et un premier engrenage d'entrée connecté à l'arbre de sortie via une roue libre, l’entrée du premier étage d’engrenage et/ou l'arbre d'entrée étant lié à l’entrée du second étage d’engrenage par un embrayage centrifuge.

On connait aussi 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 la demande de brevet FR1870485 de Franck Guigan [FR] déposée le 24 avril 2018 et les documents cités dans son rapport de recherche.

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 16 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 » lorsque l’arbre d’entrée est liée mécaniquement en rotation à son entrée et que sa sortie est liée mécaniquement en rotation avec ledit arbre de sortie, et qu’elle est « déconnectée » ou « débrayée » lorsque l’une au moins de ces deux liaisons mécaniques n’est pas réalisée.
- 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 « première vitesse ». Plusieurs transmissions élémentaires adjacentes de rang croissant peuvent ainsi être dénommées la « première vitesse », la « seconde vitesse », la « troisième vitesse », etc.

est une vue en perspective d’une transmission étagée selon l’invention dans un mode de mise en œuvre peu encombrant, dont le rapport de transmission varie en fonction du couple auquel est soumis l’arbre de sortie, et dont les deux transmissions élémentaires sont constituées chacune par un des deux modes de transmission suivants d’un train épicycloïdal, le premier de ces modes étant la transmission en prise directe de l’arbre d’entrée 2 sur l’arbre de sortie, la couronne 302 tournant dans le sens moteur avec le soleil 202 et les satellites 252a 252b et suivant, ce mouvement de rotation étant permis par la roue libre à crabots 600, le second étant la transmission par l’intermédiaire du train épicycloïdal, le mouvement étant transmis successivement du soleil 202 solidaire de l’arbre d’entrée 2 aux satellites 252a 252b et suivant et au porte-satellites 263, la couronne 302 étant fixe.

est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 de la transmission de la figure 1, comportant une vis 31.

est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 de la transmission de la figure 1, muni du sélecteur global 40 qui tourne selon ce pas de vis en se déplaçant le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie, et qui comporte des butées 41 42 et 43 qui peuvent tourner soit par le couple fourni par les butées 501a, 501b et suivante solidaires de l’arbre d’entrée 2, soit par le couple fourni par les butées 502a, 502b et suivante solidaires du porte-satellite 263

est une vue en perspective de la transmission de la figure 1, lorsque ce sélecteur tourne par le couple fourni par les poussoirs 501a, 501b et suivant solidaires de l’arbre d’entrée 2 aux butées 41 42 et suivante du sélecteur global.

est une vue en perspective de la transmission de la figure 1, lorsque ce sélecteur tourne par le couple fourni par les poussoirs 502a, 502b et suivante solidaires du porte-satellite 263 aux butées 41 42 et suivante du sélecteur global.

ainsi que les deux suivantes sont des vues en perspective qui illustrent une variante de la transmission selon l’invention, qui peut fonctionner aussi bien en marche avant qu’en marche arrière.

est une vue en perspective de la même transmission, en régime de croisière en marche avant.

est une vue en perspective de la même transmission, cette fois en marche arrière et avec une résistance de l’arbre de sortie qui a provoqué un déplacement du sélecteur le long de l’axe de rotation du moteur, l’écartant du moteur pour qu’il coopère avec le porte-satellites du train épicycloïdal.

ainsi que les trois suivantes sont des vues en perspective de détails d’un d’une roue libre bidirectionnelle qui permet à la couronne de tourner en marche avant.

est une vue en perspective de cette roue libre avec le moteur.

est une vue en perspective de la même roue libre, mais qui permet ici à la couronne de ne tourner qu’en marche arrière parce que le moteur tourne en marche arrière.

est une vue en perspective de cette roue libre avec le moteur.

ainsi que les trois suivantes sont des vues en perspective d’une transmission selon l’invention dans un autre mode de réalisation, à arbres parallèles. La transmission est vue entière à la figure 13. Elle comporte trois pignons d’entrée 201 202 et 203 pouvant être entraînés par l’arbre d’entrée 2 entraînant respectivement trois pignons de sortie 301 302 et 303 pouvant entraîner l’arbre de sortie 2.

est une vue en perspective de cette transmission démunie de ses pignons reliés à l’arbre de sortie pour que l’on puisse voir le sélecteur 40 qui coopère avec la vis de l’arbre de sortie 3. Deux ressorts maintiennent élastiquement ce sélecteur dans le même plan que le pignon d’entrée 202.

est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 et de sa partie centrale qui est une vis coopérant avec le sélecteur.

est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 muni de son sélecteur 40 dont la butée 42 est entraînée par la butée 502 du pignon de sortie 302. On peut noter la présence d’un ressort en spirale entre le centre du pignon de sortie et sa périphérie comportant les dents, ce qui amoindrit le choc lors de la connexion de la transmission élémentaire considérée.

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,
- l’entrée et la sortie de ces deux transmissions élémentaires étant reliées mécaniquement en permanence, même lorsqu’elles ne transmettent pas le couple de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie,
- une transmission élémentaire au moins étant munie d’un moyen d’embrayage dit sélecteur (40) ayant pour effet de la mettre en configuration dite connectée en liant mécaniquement son entrée audit arbre d’entrée ou sa sortie audit arbre de sortie, ou au contraire de la mettre en configuration dite déconnectée en déconnectant mécaniquement son entrée dudit arbre d’entrée ou sa sortie dudit arbre de sortie,
caractérisée en ce que deux transmissions élémentaires peuvent être connectées simultanément parce qu’au moins une d’entre elles est munie d’une roue libre (600) permettant à sa sortie de tourner à la même vitesse que celle de l’autre transmission dont la sortie tournerait plus vite,
étant précisé qu’une sortie est dite connectée lorsque l’arbre d’entrée est liée mécaniquement en rotation à son entrée et que sa sortie est liée mécaniquement en rotation avec ledit arbre de sortie, et déconnectée lorsque l’une au moins de ces deux liaisons mécaniques n’est pas réalisée.

Description détaillée de l’invention

La transmission selon l’invention comporte des transmissions élémentaires dont l’entrée et la sortie sont reliées mécaniquement en permanence, par exemple constituées chacune de deux pignons dentés coopérant l’un avec l’autre, ces deux pignons dentés restant en permanence en coopération. Comme les boites de vitesse séquentielles, elle a un premier avantage qui est qu’elle permet le changement de rapport de transmission sans avoir besoin de débrayer, mais ici sans risque de conflit de denture ou de crabot.

Deux transmissions élémentaires peuvent être connectées simultanément. Cela est permis par le fait qu’une roue libre permet de faire tourner l’arbre de sortie à la vitesse qui lui est communiquée par la transmission élémentaire dont la sortie tourne le plus rapidement.

Dans une version préférée, des pignons dits d’entrée - 201, 202 et le cas échéant suivants - peuvent être entraînés par l’arbre d’entrée et entraînent des pignons dits de sortie - 301, 302 et le cas échéant suivants -, un sélecteur 40 peut se déplacer le long de l’arbre de sortie pour que ce dernier soit entraîné par un ou plusieurs des pignons de sortie, et au moins une roue libre 600 permet à un pignon de sortie qui est entraîné par le sélecteur alors que ce dernier est entraîné par un autre pignon de sortie de tourner à la même vitesse de rotation que le pignon de sortie qui est entraîné par le sélecteur.

Une transmission élémentaire peut être connectée et déconnectée en fonction du couple auquel est soumis l’arbre de sortie de la transmission étagée, ce qui est particulièrement avantageux car c’est en fonction de ce couple qu’il faut changer de rapport de transmission.

Cette simplicité permet de sélectionner automatiquement, par des moyens purement mécaniques, le rapport de transmission qui est le plus adapté à la situation, soit en fonction du couple auquel l’arbre de sortie de la transmission étagée est soumis, soit en fonction de la vitesse de rotation de son arbre d’entrée ou de son arbre de sortie, soit en fonction d’une combinaison de ces deux paramètres.

Dans un mode de réalisation, les sorties de transmissions élémentaires sont munies de poussoirs entraînant des butées solidaires de l’arbre de sortie, et un sélecteur global 40 assure la coopération des poussoirs d’une transmission élémentaire avec les solidaires butées de l’arbre de sortie. Dans la version représentée sur les figures, le sélecteur global 40 se déplace le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie 3 en fonction du couple auquel est soumise la transmission. L’augmentation de ce couple tend à déplacer le sélecteur global dans une direction et un ressort 803 le pousse dans le sens opposé.

Le sélecteur global comprend des butées 41 42 et suivante qui peuvent être entraînées en rotation aussi bien par les poussoirs 501a, 501b et suivante solidaires de l’arbre d’entrée 2 que par les poussoirs 502a, 502b et suivant solidaires du porte-satellite 263.

Ce sélecteur global pourrait aussi être déplacé manuellement ou sur commande d’un ordinateur le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie pour changer de rapport de transmission. Chacune de ses positions peut correspondre à un rapport de transmission différent, à une marche arrière et même à un point mort ou à une transmission élémentaire à rapport variable pouvant faire office d’embrayage.

Une transmission selon l’invention peut ainsi permettre de sélectionner le rapport de transmission selon d’autres méthodes, puisqu’il suffit de déplacer le sélecteur 40 soit manuellement, soit sur commande d’un ordinateur.

La forme des poussoirs et/ou des butées est avantageusement telle qu’un poussoir ne puisse pas rester placé à cheval sur deux butées correspondant à deux transmissions élémentaires différentes. Dans ce cas, seule une transmission élémentaire peut être entraînée par l’arbre d’entrée ou entraîner l’arbre de sortie, selon que le dispositif est placé sur l’arbre d’entrée ou l’arbre de sortie.

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. Une telle transmission et ses composants sont représentés aux figures 1 à 5. On entend ci-avant et ci-après par composants d’un train épicycloïdal le porte-satellite muni de ses satellites, et les deux planétaires (soleil ou couronne). Le train épicycloïdal peut comporter soit un porte-satellite, un soleil et une 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 moins élevé transmettant le mouvement est constituée par un embrayage de l’arbre de sortie sur l’arbre d’entrée, directement ou par un moyen de transmission intermédiaire. La transmission est alors en prise directe, les trois composants du train épicycloïdal tournant ensemble à la même vitesse de rotation. Lorsque cette première transmission élémentaire est déconnectée, 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 la couronne de tourner dans le sens opposé au sens moteur, de telle sorte que l’arbre d’entrée entraîne l’arbre de sortie à une vitesse de rotation plus faible que celle à laquelle il aurait été entraîné dans la configuration de prise directe décrite précédemment.

La transmission représentée aux figures 1 à 5 ne comporte que deux transmissions élémentaires, mais rien ne s’oppose à ce que l’on conçoive selon le même principe une transmission ayant un nombre plus grand de transmissions élémentaires. Il est également possible de disposer d’un plus grand nombre de rapports de transmission en associant de telles transmissions en série.

L’arbre d’entrée 2 et l’arbre de sortie 3 de la transmission étagée peuvent être alignés comme représente aux figures 1 à 12. 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, ou de la sortie de chacune des transmissions élémentaires vers un pignon aligné avec l’arbre d’entrée et avec l’arbre de sortie.

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 600 aussi dénommé roue libre ne permettant au bâti supportant les transmissions élémentaires de tourner que dans le sens moteur autour de l’axe commun aux arbres d’entrée et de sortie de la transmission.

La transmission étagée représentée par les figures 1 à 12 est munie d’un sélecteur général sur son arbre de sortie 3, et laisse la couronne tourner librement dans le sens moteur dans l’une des deux positions possibles du sélecteur général. Ainsi, la transmission étagée peut tourner en prise directe.

Une version perfectionnée permet au moteur de tourner aussi bien en marche avant qu’en marche arrière. Elle est représentée par les figures 6 à 12. Le sélecteur est déplacé aussi bien vers le moteur que dans la direction inverse, selon le sens de rotation, et la roue libre permet à la couronne de tourner uniquement dans le sens moteur.

Le sélecteur 40 comprend deux séries de butées 42 et 42A. On voit à la figure 6 que la butée 42A est entraînée par la butée 502 du porte satellite, car le ressort est compressé par un couple résistant excessif alors que le moteur tourne en marche avant.

On voit que lorsque la transmission tourne en marche avant en régime de croisière comme illustré par la figure 7, c'est-à-dire lorsque le couple auquel elle est soumise est inférieur à un seuil déterminé, c’est la butée 41 du sélecteur qui est entraînée par la butée 501A de l’arbre moteur. C’est aussi le cas en marche arrière, car la compression et la traction du ressort seraient dans ce cas également à peu près nulles.

A la figure 8, la transmission est en marche arrière mais avec une résistance excessive de l’arbre de sortie. Le ressort fonctionne alors en traction, et le sélecteur s’est donc rapproché du moteur. La butée 42A est entraînée en marche arrière par la butée 502 du porte satellite.

Les figures 9 à 11 permettent d’illustrer un mode de réalisation dans lequel l’arbre de sortie et l’arbre d’entrée sont alignés, et peuvent tous les deux tourner dans le sens dans lequel tourne l’arbre moteur, lequel peut tourner dans les deux sens opposés. Elle est munie d’une roue libre permettant à la couronne de tourner uniquement dans le sens moteur. Elle se bloque toujours dans le sens opposé à celui du moteur. Cette roue libre comprend un anneau à cliquets 6000 guidé par un ergot 6002, de telle sorte que cet anneau à cliquets se déplace le long de l’axe de rotation du moteur soit vers le moteur lorsque le moteur tourne en marche avant, soit dans la direction opposée lorsqu’il tourne dans le sens inverse. L’anneau à cliquets comportent deux cliquets 6001et 6003 de directions opposées, et seul l’un d’eux coopère avec une butée 3021 solidaire de la couronne 302. C’est le cliquet 6003 qui coopère avec la butée 3021 lorsque le moteur tourne en marche avant mais le cliquet 6002 qui coopère avec la butée 3021 lorsque le moteur tourne en marche arrière.

Les figures 13 à 16 permettent d’illustrer un autre mode de réalisation d’une transmission selon l’invention, à arbres parallèles, comportant deux rapports de marche avant et deux rapports de marche arrière qui changent automatiquement en fonction du sens dans lequel tourne l’arbre moteur 2 et de la résistance à la rotation de l’arbre de sortie 3.

L’arbre d’entrée 2 est relié de façon fixe au pignon 202, qui est le pignon de vitesses dont le rapport de transmission est le plus élevé puisqu’il est le pignon d’entrée le plus grand et qu’il entraîne en rotation le pignon de sortie 302 qui est le plus petit. Il tourne toujours à la vitesse du pignon d’entrée.

Les deux autres pignons d’entrée sont plus petits et reliés chacun à l’arbre d’entrée 2 par une roue libre, mais ces deux roues libres sont de directions opposées. Si le moteur tourne dans un sens, les pignons 201 et 202 tournent dans son sens de rotation, tandis que s’il tourne dans l’autre sens, ce sont les pignons 202 et 203 qui tournent dans son sens de rotation. La présence de ces roues libres a pour conséquence non seulement que les pignons 201 et 203 ne sont entraînés en rotation que dans le sens moteur, mais aussi qu’ils peuvent tourner plus vite que le pignon 202.

Chacun des pignons de sortie 301 302 et 303 est entrainé par le pignon d’entrée qui est dans le même plan, le pignon de sortie 301 par le pignon d’entrée 201, le pignon de sortie 302 par le pignon d’entrée 202 et le pignon de sortie 303 par le pignon d’entrée 203. Ils entraînent l’arbre de sortie 3 par un sélecteur 40 qui est un écrou coopérant avec l’arbre de sortie qui comporte une partie formant un pas vis. Le sélecteur est maintenu élastiquement dans le plan des pignons 202 et 302 un ou deux ressorts. La position de repos du sélecteur est celle dans laquelle il est entraîné par le pignon de sortie le plus 302 qui tourne le plus rapidement.

Lorsque le moteur commence à tourner, l’arbre d’entrée 2 entraîne donc le pignon 202 qui entraîne le pignon 302, lequel entraîne l’arbre de sortie 3 en seconde vitesse, mais la résistance opposée par l’arbre de sortie déplace le sélecteur dans une direction si le moteur tourne en marche avant, et dans l’autre si le moteur tourne en marche arrière. On est ainsi dans les deux cas en première vitesse pour commencer, jusqu’à ce que l’accélération s’étant produite, le couple résistant diminue et la transmission passe en seconde vitesse, dans le sens de rotation du moteur.

Il est à noter qu’il n’est pas possible qu’il y ait un conflit entre le sélecteur et un pignon de sortie, en raison de la présence des roues libres, puisque si le sélecteur se trouve dans un plan intermédiaire entre ceux de deux pignons adjacents, c’est le pignon qui tourne le plus rapidement, c'est-à-dire le pignon 302, qui fait tourner l’arbre de sortie, le pignon 301 ou le pignon 303 pouvant alors tourner aussi vite que lui puisque, comme on l’a vu plus haut, les pignons 201 et 203 peuvent tourner plus vite que le pignon 202.

Dans une version perfectionnée, une butée du sélecteur est une roue pouvant tourner librement autour d’un axe radial, comme représenté aux figures 14 et 16. L’homme de l’art peut jouer sur la forme des butées des pignons secondaires et des butées du sélecteur pour rendre le changement de vitesse plus ou moins difficile.

Il est évidemment possible de disposer autant de couples de pignons d’entrée et de sortie que l’on veut, pour multiplier le nombre de rapports de transmission disponibles.

Une transmission élémentaire selon l’invention peut aussi être embrayée sur l’arbre d’entrée ou sur l’arbre de sortie par tout moyen commandé manuellement ou par un ordinateur.

Avantageusement, toutes les transmissions élémentaires comportent un sélecteur, 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.

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

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.

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

Le moyen d’embrayage assurant la fonction de sélecteur peut être aussi un moyen (non représenté) solidarisant le pignon d’une transmission élémentaire avec celui d’une autre transmission élémentaire qui est déjà embrayée. 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 et une surface similaire liée en rotation à un pignon 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, également 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 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 a 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 (non représentée) 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 électromagnétique, 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 sélecteurs d’une transmission étagée comportant des moyens de solidarisation en rotation d’un pignon d’une transmission élémentaire 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.

A la fois le sélecteur 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.

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 sélecteur ou l’ensemble des sélecteurs 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.

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 sélecteur 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 sélecteur 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 sélecteur. 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.

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 sélecteurs 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 sélecteurs ou l’ensemble des sélecteurs 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 sélecteurs 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 résistant, 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 sélecteur de couple 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 sélecteur ou être commun à plusieurs sélecteurs.

L’homme de l’art a à sa disposition de très nombreux moyens de faire varier l’effet du couple de l’arbre de sortie sur un sélecteur, ainsi que son rappel élastique. Cela est particulièrement facile lorsque le moyen d’embrayage est un moyen solidarisant en rotation le pignon 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. La tension ou la compression de ce ressort peut en effet facilement être modifiée pendant la rotation de l’arbre et des pignons.

Dans la version représentée aux figures 1 à 5, le moyen faisant varier la résistance élastique du ressort 803 peut consister à faire varier la position de l’appui de ce ressort qui est opposée au sélecteur global 40 (moyen non représenté sur les figures).

Un tel moyen de réglage peut aussi permettre de déconnecter une ou plusieurs transmissions élémentaires, 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’énergie ou 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, une au moins desdites transmissions élémentaires (de préférence 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. 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 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. Lorsqu’une transmission élémentaire ne transfère pas le couple, sa 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.

D’une façon générale, 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.

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 sélecteur.

Dispositions et combinaisons particulières

Une transmission selon l’invention peut aussi être associée en série avec tout 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 particulier lorsqu’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 (9)

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 de sortie,
   - au moins deux transmissions élémentaires pouvant assurer ce transfert de mouvement selon un rapport de transmission différent,
   - l’entrée et la sortie de ces deux transmissions élémentaires étant reliées mécaniquement en permanence, même lorsqu’elles ne transmettent pas le couple de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie,
   - une transmission élémentaire au moins étant munie d’un moyen d’embrayage dit sélecteur (40) ayant pour effet de la mettre en configuration dite connectée en liant mécaniquement son entrée audit arbre d’entrée ou sa sortie audit arbre de sortie, ou au contraire de la mettre en configuration dite déconnectée en déconnectant mécaniquement son entrée dudit arbre d’entrée ou sa sortie dudit arbre de sortie,
   caractérisée en ce que deux transmissions élémentaires peuvent être connectées simultanément parce qu’au moins une d’entre elles est munie d’une roue libre (600) permettant à sa sortie de tourner à la même vitesse que celle de l’autre transmission dont la sortie tournerait plus vite,
   étant précisé qu’une sortie est dite connectée lorsque l’arbre d’entrée est liée mécaniquement en rotation à son entrée et que sa sortie est liée mécaniquement en rotation avec ledit arbre de sortie, et déconnectée lorsque l’une au moins de ces deux liaisons mécaniques n’est pas réalisée.
2. Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’une transmission élémentaire est connectée et déconnectée en fonction du couple auquel est soumis l’arbre de sortie.
3. Transmission mécanique selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que deux transmissions élémentaires sont constituées par deux modes de transmission différents d’un train épicycloïdal, étant précisé que l’on entend ci-avant et ci-après par mode de transmission d’un train épicycloïdal la transmission du mouvement par un de ses trois éléments que sont ses deux planétaires (soleil ou couronne) et son porte-satellites, ou par la combinaison de deux tels éléments.
4. Transmission mécanique selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce qu’un sélecteur ou l’ensemble desdits sélecteurs comporte un moyen de rappel vers au moins une position d’équilibre associée à une desdites transmissions élémentaires, ledit moyen de rappel favorisant le maintien de l’embrayage de ladite transmission élémentaire considérée même sensiblement au-delà des conditions d’embrayage et de débrayage de la transmission élémentaire considérée, étant précisé que l’on entend ci-avant et ci-après :
   - par condition d’embrayage le fait que le couple auquel l’arbre de sortie de la transmission étagée est soumis est supérieur à une valeur prédéterminée, ,
   - et par condition de débrayage le fait que le couple auquel l’arbre de sortie de la transmission étagée est soumis est inférieur à une valeur prédéterminée.
5. Transmission mécanique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le changement de configuration embrayée à débrayée ou de débrayée à embrayée de la transmission élémentaire à laquelle il est associé est ralenti par un moyen d’amortissement.
6. Transmission mécanique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l’une au moins desdites transmissions élémentaires a un rapport de transmission variable en fonction du couple auquel elle est soumise et/ou de sa vitesse de rotation.
7. Assemblage en série ou en parallèle de transmissions élémentaires selon l’une quelconque des revendications précédentes.
8. Transmission mécanique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que des pignons dits d’entrée (201, 202 et le cas échéant suivants) peuvent être entraînés par ledit arbre d’entrée et entraînent des pignons dits de sortie (301, 302 et le cas échéant suivants), qu’un sélecteur (40) peut se déplacer le long dudit arbre de sortie pour que ce dernier soit entraîné par un ou plusieurs desdits pignons de sortie, et qu’au moins une roue libre (600) permette à un desdits pignons de sortie qui est entraîné par ledit sélecteur alors que ce dernier est entraîné par un autre desdits pignons de sortie de tourner à la même vitesse de rotation que ledit pignon de sortie qui est entraîné par ledit sélecteur.
9. Machine munie d’une transmission selon l’une quelconque des revendications précédentes ou transmettant sa puissance par une telle transmission, ou mise en mouvement par une telle transmission.