WO2021160946A1 - Transmission à arbre et crabot liés par filetage - Google Patents
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- F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
- F16H3/74—Complexes, not using actuable speedchanging or regulating members, e.g. with gear ratio determined by free play of frictional or other forces
Definitions
- the invention is a stepped gearbox, very simple and rustic design, not requiring to be disengaged so that we can change gears, not requiring sync either, and which allows a change automatic transmission ratio according to the torque to which it is subjected.
- “adjacent” elementary transmission will be called an elementary transmission whose main plane - the one comprising its input or output, such as a pinion or a drive roller, a crank, a connecting rod or an engine lever - is closest to that of the elementary transmission considered,
- FIG.l is a perspective view of the output shaft 3 and of its central part which is the screw shaft cooperating by threading with the dog clutch 40, the lug 42 of which can be driven in rotation by the stop 502 of the output pinion 302.
- the spiral spring 702 provides an elastic mechanical connection between the dog clutch and the output pinion.
- FIG. 1 is a perspective view of an improved dog clutch, two lugs of which are provided with rollers 4010 and 4010a, which can be offset along the axis of rotation of the output shaft relative to a central resting position. These two pins are returned to the central position by two helical springs 4015 and 4016.
- FIG. 3 is a perspective view of a parallel shaft transmission according to the invention, which is provided with a notching means 4002 for the movement of the dog clutch, cooperating with a wheel 4001 integral with the dog clutch 40.
- FIG. 4 is a perspective view of a version similar to that shown in the previous figure, but the movement of the dog clutch 40 can be manually forced along the axis of rotation of the shaft. output 3, using a 3000 fork.
- FIG-5 is a perspective view of a stepped transmission according to the invention in a space-saving implementation mode, the two elementary transmissions of which are each constituted by one of the following two transmission modes of an epicycloidal train, the first of these modes being the transmission in direct drive from the input shaft 2 to the output shaft 3, the crown 300 rotating in the driving direction with the sun 202 and the satellites 252a 252b and following, this rotational movement being allowed by the freewheel with clappings 602, the second being the transmission via the epicyclic gear, the movement being transmitted successively from the sun 202 integral with the input shaft 2 to the satellites 252a 252b and following and to the planet carrier 263, the crown 300 remaining fixed.
- [fig.8] is a perspective view of the transmission of [fig.10], when this clutch rotates by the torque supplied by the stops 501a and following integral with the input shaft 2 to the lugs 41 and following of the dog clutch 40.
- [fig.9] is a perspective view of the transmission of [fig.10], when this clutch rotates by the torque supplied by the stops 502a, 502b and following integral with the planet carrier 263 to the pins 41 42 and following the dog clutch.
- the main spring 803 which pushes the dog towards the plane in which the stops integral with the input shaft are located.
- FIG.10 As well as the following three are perspective views of details of a bidirectional freewheel which allows the crown to rotate in forward direction.
- FIG.l 1 is a perspective view of the same freewheel, but which here allows the crown to turn only in reverse because the engine turns in reverse, the lug 3021 being blocked in the opposite direction of rotation by the pawl 6004.
- FIG.12 is a perspective view of this freewheel with the motor.
- FIG.13 is a perspective view of this freewheel with the motor which rotates in the opposite direction to that in which it rotates in [fig.12].
- the present invention is a mechanical transmission of motion from an input shaft 2 to an output shaft 3, called a stepped transmission, comprising a plurality of means for transferring the movement of said input shaft to said output shaft, called elementary transmissions - 2001, 2002 and, where appropriate, following ones - each having an input pinion - 201, 202 and, where appropriate, following ones - which can be driven in rotation by said input shaft and an output pinion - 301, 302 and, if applicable, following ones - able to drive said output shaft in rotation,
- the stepped transmission being provided with at least one rotating clutch means called dog clutch 40 able to move relative to said elementary transmissions along an axis parallel to a shaft 31 said shaft- screw integral in rotation with said shaft input or said output shaft, and drive in rotation one of said elementary transmissions or be driven by it, characterized in that said screw shaft and said dog clutch cooperate with each other by threads, the torque at which is subjected the dog screwing it in one direction, and a return means 803 said main spring screwing it in the opposite direction.
- the principle of the present invention consists in measuring the torque to which a transmission shaft is subjected by a screw-nut device, one of the two elements of which are the screw and the nut moves along the shaft considered as a function of two forces, on the one hand the torque to which the screw-nut device is subjected which moves it in a direction parallel to the axis of rotation of the shaft in question, and on the other hand a return means by elastic example of opposite direction.
- screw-shaft is used to denote the shaft and the nut by dog clutch, but it could quite be the reverse, the dog clutch possibly being provided with a cooperating screw. with a nut integral with the shaft in question.
- the input and output gear of an elementary transmission is also denoted by input pinion and output pinion respectively, but it does not necessarily have to be a toothed pinion. It can be any mechanical coupling such as for example a roller or a pulley driving a belt, without departing from the scope of the present invention.
- a one-way clutch such as a freewheel is placed on an input pinion or on an output pinion, but the provisions inverses to those described also work.
- the dog clutch 40 is presented as driving the output shaft, but it can also be driven by the input shaft. More generally, it is possible to invert the input shaft and the output shaft in the solutions described without departing from the scope of the invention, which provides different effects having different applications.
- a dog clutch By moving along the output shaft or the input shaft, a dog clutch can pass through a pinion of an elementary transmission, in order to be able to cooperate with at least three different elementary transmissions.
- the preferred solution is for at least one elementary transmission to be provided with a one-way clutch.
- Two elementary transmissions can each be provided with a uni-directional clutch of opposite directions, as illustrated in Figures 3 and 4.
- This parallel shaft transmission has two forward gears and two reverse gears which change automatically depending on the direction in which the input shaft 2 rotates and the resistance to rotation of the output shaft 3. If the motor rotates in one direction, the pinions 201 and 202 rotate in its direction of rotation, while that if it turns in the other direction, it is the pinions 202 and 203 which turn in its direction of rotation. The presence of these freewheels has the consequence not only that the pinions 201 and 203 are only rotated in the direction in which the motor turns, but also that they can turn faster than the pinion 202.
- Each of the output pinions 301 302 and 303 is driven by the input pinion which is in the same plane, the output pinion 301 by the input pinion 201, the output pinion 302 by the pinion of input 202 and the output pinion 303 by the input pinion 203. They drive the output shaft 3 by a dog clutch 40 which is a nut cooperating with the output shaft which comprises a part 31 forming a screw thread.
- the dog clutch is held elastically in the plane of the pinions 202 and 302 by one or two so-called main springs.
- the dog clutch rest position is that in which it is driven by the output pinion 302.
- the dog clutch can be mechanically linked to one of the pinions by one or more lugs 42 integral with the dog clutch, cooperating with a stop 502 integral with the pinion, and a dog clutch has two parts, one said central part 4014 comprising the lugs with which it cooperates with the elementary transmissions, and the other comprising the thread by which it cooperates with the screw shaft, and that these two parts can move apart one from the other along the axis of rotation of the dog clutch, being returned to a rest position by one or more elastic returns 4015 and 4016, as illustrated in [fig-2].
- the considered caster When the axis of rotation of a caster is located in a plane comprising the pointed end of an abutment of an output pinion of a first elementary transmission, the considered caster effectively connects this elementary transmission, but as soon as this roller also meets the pointed end of the stop of the output pinion of an adjacent elementary transmission, it ceases to be in equilibrium and the dog clutch 40 shifts laterally along the axis of rotation of the output shaft so that only the first intermediate transmission is rotated.
- a lug and / or a stop can be provided with magnets so that the lugs are preferably placed in the plane in which they cooperate best with the stops 501 502 and following.
- the staged transmission could engage and disengage an elementary transmission at a rapid alternation rate, which is not desirable because this would cause jerks in the transmission and premature wear.
- the clutch of one of the elementary transmissions can be caused by a torque different from that causing the disengagement of the elementary transmission which is adjacent to it, so that there is a range of torques. between these two values, in which no change in elementary transmission occurs.
- the transmission according to the invention can be provided with a means for moving by force, manually or by a motor, the position of the dog clutch along the axis of the input or output shaft to which it is associated, to force the stepped transmission to use a determined elementary transmission or to limit the displacement of the dog clutch.
- a means for moving by force, manually or by a motor, the position of the dog clutch along the axis of the input or output shaft to which it is associated to force the stepped transmission to use a determined elementary transmission or to limit the displacement of the dog clutch.
- Such a means is shown in [fig.4], which shows a transmission according to the invention without its output pinions, so that one can see the dog clutch driving the output shaft 3 in rotation, this dog clutch being able to slide using the fork 3000 along the output shaft in order to select the output pinion which should drive it in rotation.
- the dog clutch can then connect different elementary transmissions having different characteristics, such as different forward or reverse transmission ratios, a neutral point and one or more elementary variable ratio transmissions which can for example serve as a clutch.
- the transmission according to the invention may be provided with a so-called sensitivity adjustment means making it possible to vary the stiffness of the main spring, which has the effect of varying the values of the torque driving the clutch and the disengagement of the elementary transmissions, as well as the dog clutch rest position when the transmission is not subjected to any torque. This setting makes it possible to choose between a driving type walk or more sporty, but it also makes it possible to change transmission ratio voluntarily.
- the position displacement of the dog clutch along the screw shaft is slowed down by a damping means (not shown).
- the damping is advantageously stronger in one direction than in the other, to facilitate the return to first gear.
- the pitch of the thread by which the screw shaft and the dog clutch cooperate in rotation can also be chosen so that a momentary drop in engine torque during a cycle does not allow an elementary transmission change.
- a drive of the input shaft by a crank there are two acyclisms per revolution, and it is advantageous that the screw pitch of the screw shaft - and that of the dog clutch which is the same - or less than half of the displacement of the dog clutch to disconnect an elementary transmission and connect another.
- At least one elementary transmission can have a continuously variable transmission ratio.
- the transmission ratio may vary automatically depending on the rotational speed of its input or output gears, and / or depending on the torque to which it is subjected. It is possible to use as elementary transmissions only such continuously variable transmissions without departing from the scope of the present invention.
- a continuously variable elementary transmission inserted between elementary transmissions with a fixed transmission ratio can play the role of synchronization between them.
- a continuously variable transmission allowing a transmission ratio tending to infinity as an elementary last speed transmission can allow the output shaft of a transmission according to the invention to rotate at a speed bigger and bigger.
- Such a transmission can be a transmission whose ratio can tend towards zero, whose input and output shafts have been reversed.
- An elementary transmission may have a transmission ratio not equal to 1 and another may be a direct drive.
- FIGS. 10 to 13 illustrate a particular implementation in which an elementary transmission comprises an epicyclic gear for the first speed, and is done in direct drive for the second speed.
- Figures 10 to 13 illustrate one embodiment of a one-way clutch allowing the ring gear to rotate only in the direction in which the power source rotates driving the input shaft. It always locks in the opposite direction to that of the motor.
- This freewheel comprises a ratchet ring 6000 guided by a lug 6001 sliding in a groove 6002, so that this ratchet ring moves along the axis of rotation of the motor either towards the motor when the motor is running. forward or in the opposite direction when it turns in the opposite direction.
- the pawl ring comprises two pawls 6003 and 6004 of opposite directions, and only one of them cooperates with a stop 3021 integral with the crown 302. It is the pawl 6003 which cooperates with the stop 3021 when the engine is running. forward and the pawl 6004 which cooperates with this stop 3021 when the engine is running in reverse.
- a transmission according to the invention can rotate a flywheel. It is then subjected to a torque which decreases as the speed of this flywheel increases, and this results in the connection of elementary transmissions having higher transmission ratios, which accelerates the rotation of the flywheel. which can thus reach very high speeds.
- the invention is also a machine provided with a mechanical transmission according to the invention or transmitting its power by such a transmission, or set in motion by such a transmission.
- the invention is also the method of changing the transmission ratio of a stepped transmission, consisting in measuring the torque to which a stepped transmission is subjected by the position of a dog clutch subjected on the one hand to the torque screwing it on the input shaft or on the output shaft of the stepped transmission in one direction, and on the other hand to the main spring screwing it in the opposite direction, and to transmit through the dog clutch the movement of the shaft. input to the output shaft via one of the elementary transmissions, and then modifying in real time the position of the dog clutch according to the evolution of the torque.
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Abstract
L'invention est une transmission mécanique étagée très simple et très rustique, comportant plusieurs transmissions élémentaires procurant chacune un rapport de transmission différent. Elle comporte un crabot qui coulisse le long de l'arbre d'entrée ou de l'arbre de sortie pour embrayer une des transmissions élémentaires. La liaison mécanique entre le crabot et l'arbre le long duquel il coulisse est un système vis- écrou ce qui a pour effet que la position du crabot dépend du couple auquel est soumise la transmission, laquelle est ainsi une transmission automatique dont le rapport de transmission varie en fonction du couple auquel elle est soumise.
Description
Description
Titre de l'invention : Transmission à arbre et crabot liés par filetage
Domaine technique
[0001] L’invention est une boite de vitesses étagée, très simple et rustique de conception, ne nécessitant pas d’être débrayée pour que l’on puisse changer de vitesses, ne nécessitant pas de synchro non plus, et qui permet un changement automatique du rapport de transmission en fonction du couple auquel elle est soumise.
[0002] Problème technique
[0003] De nombreux ingénieurs ont conçu des boites de vitesses automatiques, mais ils n’ont pas trouvé de moyen simple pour qu’elles s’adaptent en temps réel au couple résistant, alors que c’est le critère le plus important pour changer de rapport de transmission, ou alors les transmissions proposées ont des défauts comme une grande complexité du mécanisme, le fonctionnement par friction ou la production d’acyclismes.
Technique antérieure
[0004] Le dispositif qui se rapproche le plus de l’objet de la présente invention est décrit dans WO2014171722A1 du 16 avril 2014 de Calacana [KR]. Ce document montre un crabot qui se déplace le long d’un arbre fileté pour coopérer successivement avec plusieurs pignons coaxiaux avec cet arbre. Cependant, le filetage sert à déplacer le crabot avec un moteur auxiliaire situé à l’intérieur de l’arbre considéré, et n’est donc pas soumis au couple moteur. Il ne peut donc en aucun cas entraîner un changement automatique du rapport de transmission en fonction du couple auquel la transmission est soumise.
Brève description des dessins
[0005] 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 13 qui représentent toutes des dispositifs ou partie de dispositifs selon l'invention.
[0006] Pour simplifier l’exposé,
- on dira ci- après qu’une transmission élémentaire est « connectée » ou « embrayée » lorsque l’arbre d’entrée de la transmission selon l’invention est lié mécaniquement en rotation à son entrée et que sa sortie est liée mécaniquement en rotation avec l’arbre de sortie de la transmission selon l’invention, 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 dont le plan principal - celui comprenant son entrée ou sa sortie, comme un pignon ou
un galet d’entraînement, une manivelle, une bielle ou un levier moteur - est le plus proche de celui de la transmission élémentaire considérée,
- et on définira une transmission élémentaire par son « rang » dans la liste des trans missions 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 « deuxième vitesse », la « troisième vitesse », etc.
[0007] [fig.l] est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 et de sa partie centrale qui est l’arbre- vis coopérant par filetage avec le crabot 40 dont l’ergot 42 peut être entraîné en rotation par la butée 502 du pignon de sortie 302. Le ressort spiral 702 assure une liaison mécanique élastique entre le crabot et le pignon de sortie.
[0008] [fig-2] est une vue en perspective d’un crabot perfectionné dont deux ergots sont munis de roulettes 4010 et 4010a, qui peuvent se décaler le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie par rapport à une position de repos centrale. Ces deux ergots sont rappelés en position centrale par deux ressorts hélicoïdaux 4015 et 4016.
[0009] [fig-3] est une vue en perspective d’une transmission à arbres parallèles selon l’invention, qui est munie d’un moyen de crantage 4002 du déplacement du crabot, coopérant avec une roue 4001 solidaire du crabot 40.
[0010] [fig-4] est une vue en perspective d’une version similaire à celle représentée à la figure précédente, mais dont le déplacement du crabot 40 peut être forcé manuellement le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie 3, à l’aide d’une fourchette 3000.
[0011] [fig-5] est une vue en perspective d’une transmission étagée selon l’invention dans un mode de mise en œuvre peu encombrant, dont les deux transmissions élémentaires sont constituées chacune par un des deux modes de transmission suivants d’un train épi- cycloïdal, le premier de ces modes étant la transmission en prise directe de l’arbre d’entrée 2 à l’arbre de sortie 3, la couronne 300 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 clabots 602, 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 300 restant fixe.
[0012] [fig-6] est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 de la transmission de la
[fig.10], qui comporte l’arbre- vis 31.
[0013] [fig-7] est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 de la transmission de la
[fig.10], muni du crabot 40 qui coopère avec l’arbre-vis 31 en se déplaçant le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie 3 lorsqu’il tourne par rapport à cet arbre de sortie 3, et qui comporte des ergots 41 42 et 43 qui peuvent tourner soit par le couple fourni
par les butées 501a et suivantes solidaires de l’arbre d’entrée 2, soit par le couple fourni par les butées 502a, 502b et suivante solidaires du porte- satellites 263
[0014] [fig.8] est une vue en perspective de la transmission de la [fig.10], lorsque ce crabot tourne par le couple fourni par les butées 501a et suivantes solidaires de l’arbre d’entrée 2 aux ergots 41 et suivants du crabot 40.
[0015] [fig.9] est une vue en perspective de la transmission de la [fig.10], lorsque ce crabot tourne par le couple fourni par les butées 502a, 502b et suivante solidaires du porte- satellites 263 aux ergots 41 42 et suivant du crabot. On voit le ressort principal 803 qui pousse le crabot vers le plan dans lequel se trouvent les butées solidaires de l’arbre d’entrée.
[0016] [fig.10] ainsi que les trois suivantes sont des vues en perspective de détails d’une roue libre bidirectionnelle qui permet à la couronne de tourner en marche avant. On distingue l’ergot 6001 du crabot de sens de rotation 6000, la couronne 300 qui comporte un ergot 3021 qui est ici bloqué en rotation par le cliquet 6003.
[0017] [fig.l 1] 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, l’ergot 3021 étant bloqué en sens de rotation inverse par le cliquet 6004.
[0018] [fig.12] est une vue en perspective de cette roue libre avec le moteur.
[0019] [fig.13] est une vue en perspective de cette roue libre avec le moteur qui tourne en sens inverse de celui dans lequel il tourne à la [fig.12].
[0020] Toutes ces figures illustrent des dispositions choisies pour permettre de bien exposer les différentes méthodes envisagées. L’homme de l’art pourra avantageusement réaliser des versions plus compactes, en particulier pour les versions dont les arbres d’entrée et de sortie sont alignés. Il est en effet possible de ne pas cumuler la longueur des trois ensembles que sont le ressort principal 803, la zone de déplacement du crabot 40, et l’ensemble des pignons dentés. Ces trois séries d’éléments peuvent en effet se situer dans des volumes cylindriques concentriques ne se chevauchant pas.
[0021] Toutes les figures représentent des pignons dentés à dentures symétriques, mais l’homme de l’art utilisera avantageusement des pignons dentés à dentures asymétriques pour les engrenages tournant toujours dans le même sens. Les dents de ces engrenages asymétriques ont une partie coopérant avec un autre pignon qui forme un angle plus important avec la circonférence du pignon que la partie opposée. Il est en effet connu que de tels engrenages offrent un meilleur rapport [couple transmis/poids] et un meilleur rendement dans ce cas particulier.
Exposé de l'invention
[0022] La présente invention est une transmission mécanique de mouvement d'un arbre d’entrée 2 à un arbre de sortie 3, dite transmission étagée, comportant une pluralité de
moyens de transfert du mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie, dits trans missions élémentaires - 2001, 2002 et le cas échéant suivants - ayant chacune un pignon d’entrée - 201, 202 et le cas échéant suivants - pouvant être entraîné en rotation par ledit arbre d’entrée et un pignon de sortie - 301, 302 et le cas échéant suivants- pouvant entraîner en rotation ledit arbre de sortie,
- au moins deux transmissions élémentaires pouvant assurer ce transfert de mouvement selon des rapports de transmission différents ou des directions de rotation opposées,
- la transmission étagée étant munie d’au moins d’un moyen d’embrayage en rotation dit crabot 40 pouvant se déplacer par rapport auxdites transmissions élémentaires le long d’un axe parallèle à un arbre 31 dit arbre- vis solidaire en rotation dudit arbre d’entrée ou dudit arbre de sortie, et entraîner en rotation une desdites transmissions élé mentaires ou être entraîné par elle, caractérisée en ce que ledit arbre- vis et ledit crabot coopèrent l‘un avec l’autre par des filetages, le couple auquel est soumis le crabot le vissant dans une direction, et un moyen de rappel 803 dit ressort principal le vissant dans le sens opposé.
Description détaillée de l’invention
[0023] Le principe de la présente invention consiste à mesurer le couple auquel est soumis un arbre de transmission par un dispositif vis-écrou dont l’un des deux éléments que sont la vis et l’écrou se déplace le long de l’arbre considéré en fonction de deux forces, d’une part le couple auquel est soumis le dispositif vis-écrou qui le déplace dans une direction parallèle à l’axe de rotation de l’arbre considéré, et d’autre part un moyen de rappel par exemple élastique de sens opposé.
[0024] Selon le sens du pas de vis de l’arbre-vis 31, on peut donc obtenir aussi bien une réduction qu’une augmentation du rapport de couple lorsque le couple résistant augmente ou diminue. Les applications sont différentes, l’une des deux options est surtout destinée à transmettre le mouvement d’un moteur à une roue tandis que l’autre concerne principalement la récupération d’énergie au ralentissement et au freinage.
[0025] Par convention, on désigne ci- avant et ci-après par arbre- vis l’arbre et par crabot l’écrou, mais ce pourrait tout à fait être l’inverse, le crabot pouvant être muni d’une vis coopérant avec un écrou solidaire de l’arbre considéré.
[0026] On désigne aussi par pignon d’entrée et pignon de sortie respectivement l’entrée et la sortie d’une transmission élémentaire, mais il ne s’agit pas obligatoirement d’un pignon denté. Il peut s’agir de tout accouplement mécanique comme par exemple un galet ou une poulie entraînant une courroie, sans sortir du cadre de la présente invention.
[0027] Dans la description qui va suivre, un embrayage unidirectionnel comme une roue libre est placé sur un pignon d’entrée ou sur un pignon de sortie, mais les dispositions
inverses à celles qui sont décrites fonctionnent aussi. De même, le crabot 40 est présenté comme entraînant l’arbre de sortie, mais il peut aussi être entrainé par l’arbre d’entrée. D’une façon plus générale, on peut intervertir arbre d’entrée et arbre de sortie dans les solutions décrites sans sortir du cadre de l’invention, ce qui procure des effets différents ayant des applications différentes.
[0028] En se déplaçant le long de l’arbre de sortie ou de l’arbre d’entrée, un crabot peut traverser un pignon d’une transmission élémentaire, afin de pouvoir coopérer avec au moins trois transmissions élémentaires différentes.
[0029] Différentes solutions sont connues pour éviter que deux transmissions élémentaires adjacentes soient sélectionnées simultanément, ce qui provoquerait un blocage de la transmission puisque l’arbre de sortie ne pourrait pas tourner simultanément à deux vitesses différentes.
[0030] Pour éviter qu’un tel blocage puisse se produire, la solution préférée est qu’au moins une transmission élémentaire soit munie d’un embrayage unidirectionnel.
[0031] Deux transmissions élémentaires peuvent être munies chacune d’un embrayage uni directionnel de directions opposées, comme illustré par les figures 3 et 4. Cette transmission à arbres parallèles, comporte deux rapports de marche avant et deux rapports de marche arrière qui changent automatiquement en fonction du sens dans lequel tourne l’arbre d’entrée 2 et de la résistance à la rotation de l’arbre de sortie 3. 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 dans lequel tourne le moteur, mais aussi qu’ils peuvent tourner plus vite que le pignon 202.
[0032] 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 crabot 40 qui est un écrou coopérant avec l’arbre de sortie qui comporte une partie 31 formant un pas de vis. Le crabot est maintenu élastiquement dans le plan des pignons 202 et 302 par un ou deux ressorts dits principaux. La position de repos du crabot est celle dans laquelle il est entraîné par le pignon de sortie 302.
[0033] Le crabot peut être lié mécaniquement à un des pignons par un ou plusieurs ergots 42 solidaires du crabot, coopérant avec une butée 502 solidaire du pignon, et qu’un crabot comporte deux parties, l’une dite partie centrale 4014 comprenant les ergots avec lesquels il coopère avec les transmissions élémentaires, et l’autre comprenant le filetage par lequel il coopère avec l’arbre-vis, et que ces deux parties peuvent s’écarter
l’une de l’autre le long de l’axe de rotation du crabot, étant rappelées dans une position de repos par un ou plusieurs rappels élastiques 4015 et 4016, comme illustré par la [fig-2].
[0034] Lorsque le crabot n’est pas dans le plan où il coopère le mieux avec un pignon, ces ressorts se déforment et permettent à la partie utile 4014 du crabot de se décaler laté ralement pour qu’un ergot 4010 se situe dans le plan dans lequel il coopère le mieux avec la butée 501 du pignon le plus proche.
[0035] Lorsque l’axe de rotation d’une roulette se situe dans un plan comprenant l’extrémité pointue d’une butée d’un pignon de sortie d’une première transmission élémentaire, la roulette considérée connecte effectivement cette transmission élémentaire, mais dès lors que cette roulette rencontre aussi l’extrémité pointue de la butée du pignon de sortie d’une transmission élémentaire adjacente, elle cesse d’être en équilibre et le crabot 40 se décale latéralement le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie pour ne plus entraîner en rotation que la première transmission intermédiaire.
[0036] Un ergot et/ou une butée peuvent être munis d’aimants pour que les ergots se placent de préférence dans le plan dans lequel ils coopèrent le mieux avec les butées 501 502 et suivantes.
[0037] Lorsque le couple transmis est proche de la condition de débrayage d’une transmission élémentaire, la transmission étagée pourrait embrayer et débrayer 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 l’embrayage d’une des transmissions élé mentaires puisse être provoqué par un couple différent de celui provoquant le débrayage de lae transmission élémentaire qui lui est adjacente, de telle sorte qu’il existe une plage de couples entre ces deux valeurs, dans laquelle aucun changement de transmission élémentaire ne se produit.
[0038] La transmission selon l’invention peut être munie d’un moyen permettant de déplacer en force, manuellement ou par un moteur, la position du crabot le long de l’axe de l’arbre d’entrée ou de sortie auquel il est associé, pour contraindre la transmission étagée à utiliser une transmission élémentaire déterminée ou pour limiter le dé battement du crabot. Un tel moyen est représenté à la [fig.4], qui montre une transmission selon l’invention dépourvue de ses pignons de sortie, pour que l’on puisse voir le crabot entraînant en rotation l’arbre de sortie 3, ce crabot pouvant coulisser à l’aide de la fourchette 3000 le long de l’arbre de sortie afin de sélectionner le pignon de sortie qui doit l’entraîner en rotation. Le crabot peut alors connecter différentes transmissions élémentaires ayant des caractéristiques différentes, comme des rapports de transmission différents de marche avant ou arrière, un point mort et une ou plusieurs transmissions élémentaires à rapport variable pouvant par exemple servir d’embrayage.
[0039] La transmission selon l’invention est peut être munie d’un moyen dit de réglage de sensibilité permettant de faire varier la raideur du ressort principal, ce qui a pour effet de faire varier les valeurs du couple entraînant l’embrayage et le débrayage des trans missions élémentaires, ainsi que la position de repos du crabot lorsque la transmission n’est soumise à aucun couple. Ce réglage permet de choisir entre une conduite de type promenade ou plus sportive, mais il permet aussi de changer de rapport de transmission volontairement.
[0040] Dans le cas où le couple moteur est instable au cours d’un cycle, comme par exemple lorsqu’il s’agit du pédalier d’un vélo ou d’un moteur à explosion, il est avantageux que le déplacement de position du crabot le long de l’arbre- vis soit ralenti par un moyen d’amortissement (non représenté). L’amortissement est avantageusement plus fort dans une direction que dans l’autre, pour faciliter le retour vers la première vitesse.
[0041] Le pas du filetage par lequel l’arbre-vis et le crabot coopèrent en rotation peut aussi être choisi de telle sorte qu’une baisse momentanée du couple moteur au cours d’un cycle ne permette pas un changement de transmission élémentaire. Dans le cas d’un entraînement de l’arbre d’entrée par une manivelle, il y a deux acyclismes par tour, et il est avantageux que le pas de vis de l’arbre-vis - et celui du crabot qui est le même - soit inférieur à la moitié du déplacement nécessaire du crabot pour déconnecter une transmission élémentaire et en connecter une autre.
[0042] Une transmission élémentaire au moins peut avoir un rapport de transmission variable en continu. Le rapport de transmission peut varier automatiquement en fonction de la vitesse de rotation de ses pignons d’entrée ou de sortie, et/ou en fonction du couple auquel elle est soumise. Il est possible de n’utiliser comme transmissions élémentaires que de telles transmissions à variation continue sans sortir du cadre de la présente invention.
[0043] Une transmission élémentaire à variation continue insérée entre des transmissions élémentaires à rapport de transmission fixe peut jouer le rôle de synchro entre elles.
[0044] L’utilisation d’une transmission à variation continue permettant un rapport de transmission nul comme transmission élémentaire de première vitesse peut jouer le rôle d’embrayage.
[0045] L’utilisation d’une transmission à variation continue permettant un rapport de transmission tendant vers l’infini comme transmission élémentaire de dernière vitesse peut permettre à l’arbre de sortie d’une transmission selon l’invention de tourner à une vitesse de plus en plus grande. Une telle transmission peut être une transmission dont le rapport peut tendre vers zéro, dont on a inversé les arbres d’entrée et de sortie.
[0046] Il existe de nombreuses façons de réaliser de telles transmissions à variation continue, dont celles décrites dans les documents W02014068202A1 du 8 mai 2014 de Franck Guigan [FR] et Al., WO2014125177A1 du 21 août 2014 et WO2019175480A1
du 19 septembre 2019 de Franck Guigan [FR]
[0047] Une transmission élémentaire peut avoir a un rapport de transmission non égal à 1 et une autre être une prise directe. Les figures 10 à 13 illustrent une mise en œuvre par ticulière dans laquelle une transmission élémentaire comporte un train épicycloïdal pour la première vitesse, et se fait en prise directe pour la deuxième vitesse.
[0048] Les figures 10 à 13 illustrent un mode de réalisation d’un embrayage unidirectionnel permettant à la couronne de tourner uniquement dans le sens dans lequel tourne la source d’énergie entraînant l’arbre d’entrée. 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 6001 coulissant dans une gorge 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 comporte deux cliquets 6003 et 6004 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 et le cliquet 6004 qui coopère avec cette butée 3021 lorsque le moteur tourne en marche arrière.
[0049] Une transmission selon l’invention peut entraîner en rotation un volant d’inertie. Elle est alors soumise à un couple qui diminue au fur et à mesure que la vitesse de ce volant d’inertie augmente, et ceci entraîne la connexion de transmissions élémentaires ayant des rapports de transmission supérieurs, ce qui accélère la rotation du volant d’inertie qui peut ainsi atteindre des vitesses très importantes.
[0050] L’invention est aussi une machine munie d’une transmission mécanique selon l’invention ou transmettant sa puissance par une telle transmission, ou mise en mouvement par une telle transmission.
[0051] L’invention est aussi le procédé de changement de rapport de transmission d’une transmission étagée, consistant à mesurer le couple auquel est soumise une transmission étagée par la position d’un crabot soumis d’une part au couple le vissant sur l’arbre d’entrée ou sur l’arbre de sortie de la transmission étagée dans une direction, et d’autre part au ressort principal le vissant dans le sens opposé, et à transmettre par le crabot le mouvement de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie par l’intermédiaire d’une des transmissions élémentaires, et à modifier ensuite en temps réel la position du crabot en fonction de l’évolution ducouple.
[0052] Applications
[0053] Les principales applications sont les suivantes :
- les boites de vitesses étagées automatiques à rapports fixes ou variables,
- 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 trans missions selon l’invention, en remplacement des différentiels,
- la combinaison de plusieurs sources d’énergie,
- les moteurs électriques munis d’une transmission selon l’invention pour supporter tout couple résistant 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 hy- droliennes 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,
- les winches, crics et treuils dont le rapport de transmission s ‘adapte automatiquement au couple résistant,
- les outillages tournants.
Claims
[Revendication 1] Transmission mécanique de mouvement d'un arbre d’entrée (2) à un arbre de sortie (3), dite transmission étagée, comportant une pluralité de moyens de transfert du mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie, dits transmissions élémentaires (2001, 2002 et le cas échéant suivants) ayant chacune un pignon d’entrée (201, 202 et le cas échéant suivants) pouvant être entraîné en rotation par ledit arbre d’entrée et un pignon de sortie (301, 302 et le cas échéant suivants) pouvant entraîner en rotation ledit arbre de sortie,
- au moins deux transmissions élémentaires pouvant assurer ce transfert de mouvement selon des rapports de transmission différents ou des di rections de rotation opposées,
- la transmission étagée étant munie d’au moins d’un moyen d’embrayage en rotation dit crabot (40) pouvant se déplacer par rapport auxdites transmissions élémentaires le long d’un axe parallèle à un arbre (31) dit arbre- vis solidaire en rotation dudit arbre d’entrée ou dudit arbre de sortie, et entraîner en rotation une desdites transmissions élé mentaires ou être entraîné par elle, caractérisée en ce que ledit arbre- vis et ledit crabot coopèrent T un avec l’autre par des filetages, le couple auquel est soumis le crabot le vissant dans une direction, et un moyen de rappel (803) dit ressort principal le vissant dans le sens opposé.
[Revendication 2] Transmission mécanique étagée selon la revendication 1 caractérisée en ce que deux desdites transmissions élémentaires sont munies chacune d’un embrayage unidirectionnel de direction opposée.
[Revendication 3] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven dications précédentes caractérisée en ce que ledit crabot est lié méca niquement à un desdits pignons par un ou plusieurs ergots (42) so lidaires dudit crabot, coopérant avec une butée (502) solidaire dudit pignon, et qu’un crabot comporte deux parties, l’une dite partie centrale (4014) comprenant lesdits ergots avec lesquels il coopère avec lesdites transmissions élémentaires, et l’autre comprenant le filetage par lequel il coopère avec ledit arbre-vis, et que ces deux parties peuvent s’écarter l’une de l’autre le long de l’axe de rotation dudit crabot, étant rappelées dans une position de repos par un ou plusieurs rappels élastiques (4015 et 4016)
[Revendication 4] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven-
dications précédentes caractérisée en ce que l’embrayage d’une desdites transmissions élémentaires est provoqué par un couple différent de celui provoquant le débrayage de ladite transmission élémentaire qui lui est adjacente.
[Revendication 5] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven dications précédentes caractérisée en ce qu’elle est munie d’un moyen permettant de déplacer en force, manuellement ou par un moteur, la position dudit crabot le long de l’axe dudit arbre d’entrée ou de sortie auquel il est associé.
[Revendication 6] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven dications précédentes caractérisée en ce qu’elle est munie d’un moyen dit de réglage de sensibilité permettant de faire varier la raideur dudit ressort principal.
[Revendication 7] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven dications précédentes caractérisée en ce que le déplacement de position dudit crabot le long de T arbre- vis est ralenti par un moyen d’ amortissement.
[Revendication 8] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven dications précédentes caractérisée en ce que le pas de vis dudit arbre- vis - et celui dudit crabot qui est le même - est inférieur à la moitié du dé placement nécessaire dudit crabot pour déconnecter une desdites trans missions élémentaires et en connecter une autre.
[Revendication 9] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven dications précédentes caractérisée en ce qu’une au moins desdites trans missions élémentaires a un rapport de transmission variable en continu.
[Revendication 10] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven dications précédentes caractérisée en ce qu’une desdites transmissions élémentaires a un rapport de transmission non égal à 1 et une autre est une prise directe.
[Revendication 11] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven dications précédentes caractérisée en ce qu’une transmission élémentaire comporte un train épicycloïdal.
[Revendication 12] Transmission mécanique étagée selon la revendication 11 caractérisée en ce qu’un embrayage unidirectionnel permet à la couronne dudit train épicycloïdal de tourner uniquement dans le sens dans lequel tourne la source d’énergie entraînant l’arbre d’entrée.
[Revendication 13] Transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des reven dications précédentes caractérisée en ce qu’elle entraîne en rotation un
volant d’inertie
[Revendication 14] Machine munie d’une transmission mécanique étagée selon l’une quelconque des revendications précédentes ou transmettant sa puissance par une telle transmission, ou mise en mouvement par une telle transmission.
[Revendication 15] Procédé de changement de rapport de transmission d’une transmission selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, consistant à mesurer le couple auquel est soumise une transmission étagée par la position dudit crabot soumis d’une part au couple le vissant sur ledit arbre d’entrée ou sur ledit arbre de sortie de ladite transmission étagée dans une direction, et d’autre part audit ressort principal le vissant dans le sens opposé, et à transmettre par ledit crabot le mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie par l’intermédiaire d’une desdites trans missions élémentaires, et à modifier ensuite en temps réel la position dudit crabot en fonction de l’évolution dudit couple.
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