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" Dispositif d'entraînement à vitesse variable ".
La présente invention vise des mécanismes de transmissiez à friction et notamment un mécanisme de transmission à friction permettant une variation infinie du rapport des vitesses.
On connaît déjà des mécanismes de transmission à fric- tion permettant des rapports de transmission variables à l'infini, mais, jusqu'ici, ces mécanismes ont nécessairement supporté de fortes charges sur de grands paliers, et, en conséquence, leur rendement était relativement médiocre.
La présente invention a pour objet un mécanisme ou des
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moyens d'entraînement à friction, réglables sur une grande gamme de vitesses et dans lequel les efforts exercés sur les paliers sont relativement petits, ce qui permet d'employer de petits paliers. L'une des caractéristiques de la présente invention consiste en ce que la puissance est transmise au moyen de rouleaux se déplaçant entre deux surfaces coniques.
Une caractéristique importante de la présente invention consiste en ce que la charge des pièces qui transmettent la puissance est proportionnelle au couple à transmettre, ce qui assure un grand rendement à toutes les valeurs de la puissance.
Dans les dessins :
La figure 1 est une vue, partie en élévation de profil et partie en coupe verticale, montrant l'intérieur du mode préféré de réalisation de l'invention.
La figure 2 est une coupe verticale par la ligne 2-2 de la figure 1, montrant la position relative des rouleaux dans le mode préféré de réalisation de l'invention.
La figure 3 est une coupe verticale par la ligne 3-3 de la figure 1 montrant la position relative des disques et des paliers dans le mode préféré de réalisation de l'invention.
La figure 4'est une vue en perspective, en pièces déta- chées, montrant la position relative des rouleaux et des porte- satellites dans le mode préféré de réalisation de l'invention.
La figure 5 est une vue en perspective, en pièces déta- chées, montrant la position respective des porte-satellites et des disques à friction dans le mode préféré de réalisation de l'invention.
Comme le montre la figure 1, le mode préféré de réalisa- tion de l'invention comprend un boîtier cylindrique ¯1 muni, à chaque extrémité, de paliers .2 supportant des arbres 3, et 4.
L'arbre 3 se termine par un cône intérieur fixé rigidement, par sa base, à l'arbre , par exemple par soudure, de façon à tourner
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lorsque l'arbre 1 tourne. Un cône creux ou anneau extérieur 6 entoure le cône intérieur 5. et il est fixé à un manchon 2 mobile axialement à l'intérieur du boîtier 1.
L'intérieur du cône exté- rieur 6 a une forme telle qu'il converge vers la base du cône in- térieur . Plusieurs rouleaux .8, trois dans l'exemple représenté, sont montés entre le cône et le cône 6. Comme on peut le voir dans la figure 4, ces rouleaux 8 ont une forme conique et ils sont montés comme des satellites autour du cône intérieur sur le porte-satellites 2 en forme de disque, au moyen de cuvettes de support 10 et de chevilles 11. Les rouleaux sont montés à rotation dans les cuvettes sur des billes 12; de leur côté, les cuvettes sont fixées au porte-satellite par les chevilles 11. Ces chevilles sont disposées de manière à s'engager dans des guides 13, et dans des fentes 14 ménagés respectivement dans les faces de la cuvette et du porte-satellite.
On remarquera que les guides 13 ménagés dans la cuvette sont ouverts à leurs extrémités de sorte que les cuvettes, et avec elles les rouleaux, peuvent coulisser radialement par rapport au porte-satellites. Toutefois, les chevilles 11 assurent l'entraînement du porte-satellites 2 par les rouleaux coniques lorsque ceux-ci se meuvent autour de l'axe du cône intérieur 5.
Le porte-satellites 2 est monté lui-même à rotation à l'intérieur du manchon 2 par l'intermédiaire d'un anneau de guidage 1 et d'un roulement à billes 16.
Un deuxième porte-satellites 17 est monté près du porte- satellites 9, du côté opposé à celui sur lequel sont montées les cuvettes 10. Plusieurs changeurs de pression 18 (figure 5) assurent un assemblage à friction entre les deux porte-satellites 2 et 17.
Chaque changeur de pression 18 est constitué par deux disques à friction (19) (20) ajustés dans des logements (21) (22) ménagés dans les deux porte-satellites 2 et 17 respectivement. Une bille 25 est disposée entre les deux disques et un ressort 24 monte
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dans le logement du porte-satellites 2 sollicite le disque 12 vers l'extérieur et presse la bille 23 contre le disque 20.
Ainsi qu'on peut le voir dans la figure 5, il y a trois de ces changeurs de pression. Ils forment ensemble un assemblage à friction ferme entre les deux porte-satellites, de sorte que chacun de ceux-ci fait tourner l'autre lorsqu'il tourne lui-même.
Un ensemble de cuvettes de support 25 et de rouleaux 26, semblable à celui qui vient d'être décrit, est monté près du porte- satellite 17, du côté opposé à celui qui fait face au porte-satel- lite 9. Il y a également un cône extérieur 27 et un cône intérieur 28, la position relative de toutes ces pièces étant identique à celle des pièces correspondantes de l'autre côté du mécanisme d'entraînement.
Un dispositif comprenant une roue dentée 29 sert à faire passer d'une extrémité du boîtier à l'autre le manchon et avec lui l'ensemble des cônes extérieurs, rouleaux et porte-satel- lites.
Le fonctionnement du nouveau dispositif d'entraînement est le suivant :
Une force motrice est appliquée à l'arbre 3 et fait ainsi tourner le cône intérieur . La rotation du cône intérieur 1 produit par friction à adhérance la rotation des rouleaux 8 autour de leur axe et autour de l'axe du cône intérieur 5. Les rouleaux 8 s'appuient sur la surface intérieure du cône extérieur 6, ainsi que sur la surface extérieure du cône intérieur 5. Comme ces rouleaux tournent autour de l'axe de la pièce conique 5, ils entraînent le porte-satellites 2 au moyen des chevilles 11 et ils le font tourner autour de son propre axe.
On remarquera que, grâce à la disposition des surfaces coniques, la charge supportée par les paliers 2 et 12 est très petite. Les efforts principaux sont supportés par les cônes ex- térieurs 6 et 27, où ils se neutralisent.
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Le couple de torsion transmis par les rouleaux au porte- satellites 2 est transmis par celui-ci au porte-satellites 17 par l'intermédiaire du changeur de pression 18. Le changeur de pression exerce une pression axiale proportionnelle au moment de torsion, ce qui tend à écarter les porte-satellites axialement l'un de l'autre. En même temps, le changeur de pression 18 fait tourner le porte-satellites 17 avec le porte-satellites 9. Les rouleaux 26 sont entraînés par le porte-satellites 17 et ils font tourner le cône intérieur 28, ainsi que l'arbre 4.
Les changeurs de pression 18 servent, non seulement, à transmettre le couple de torsion au porte-satellites 17, mais aussi à maintenir approximativement proportionnelle au moment de torsion / axiale la charge/exercée sur les rouleaux 8, 26, les cônes intérieurs 5, 28 et les cônes extérieurs 6, 27. Ceci a pour résultat un grand rendement sur une grande gamme de puissances. On remarquera aussi que le nombre de tours des rouleaux 8, 26 est relativement petit, même aux grandes vitesses des arbres. C'est pourquoi la force centrifuge est tellement petite que son effet peut être négligé.
Comme le montrent les dessins, le dispositif d'entraîne- ment transmettra un nombre réduit de révolutions. Si l'on désire que le dispositif d'entraînement transmette à l'arbre 4 une vitesse plus grande que celle qui est imprimée à l'arbre 3, on fait tourne! la roue dentée 29, ce qui déplace le manchon 2 vers l'arbre 3.
Les rouleaux 8 viennent alors occuper une position plus écartée de l'axe du cône intérieur 1 et plus rapprochée de la base de ce cône. En même temps, ils s'écartent de l'extrémité convergente du cône extérieur 6. D'une façon analogue, les rouleaux 26 se rap- prochent du sommet du cône intérieur 28 et ils se rapprochent de l'extrémité convergente du cône extérieur 27.
On remarquera que le rayon de courbure des cônes inté- rieurs sera égal au rayon de courbure des cônes extérieurs augmenta de deux fois le rayon de courbure des rouleaux. Dans ces condition
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l'angle fait par une tangente au cône extérieur et l'axe du cône extérieur est égal à l'angle fait par une tangente à la surface du cône intérieur et l'axe du cône intérieur, chacune de ces tangentes étant prise au point de contact d'un rouleau avec le cône en question et se trouvant dans le même plan que l'axe de ce cône. Dans ces conditions, il est également exact que la distance axiale entre les porte-satellites reste constante.
La présente invention permet de réaliser un mécanisme d'entraînement d'une durée extrêmement grande du fait qu'il n'y a pas de points de contact vifs entre les pièces de roulement et parce que tout contact met de nouvelles surfaces de roulement en action. Le dispositif permet une grande gamme de réglage des vitesses. En outre, grâce à la présente invention, on peut employer des forces de pression minima et des pressions de support minima, parce que les diamètres des pièces coniques en contact augmentent avec les moments de torsion appliqués. En même temps, le type de construction est simple, la fabrication est facile, ainsi que les réparations.
Comme le montrent les dessins, les cônes intérieurs, les cônes extérieurs et les rouleaux satellites coniques sont tous constitués de préférence par des éléments coniques courbes, les courbes étant, dans ce cas, des arcs de cercle.
Bien que l'on ait constaté qu'une telle construction est préférable, parce qu'elle assure une longue durée à toutes les pièces de roulement et parce qu'elle permet une grande gamme de réglages, il est possible d'employer des cônes ayant une autre courbure ou des côtés droits. Dans certaines conditions, les rouleaux peuvent être remplacés par de simples billes montées dans des paliers distincts. Pour des cas spéciaux, on peut con- struire des dispositifs d'entraînement unilatéraux pour augmenter ou réduire le nombre de révolutions. La construction du dispositif d'entraînement n'a pas besoin d'être symétrique.
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Pour certaines opérations, les cônes extérieurs peuvent être montés à rotation et tourner à une vitesse fixe.
Bien que la présente invention puisse être appliquée d'une façon particulièrement utile dans les machines-outils à force motrice, d'autres applications sont également possibles, par exemple pour la propulsion de véhicules.
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"Variable speed drive device".
The present invention relates to friction transmission mechanisms and in particular a friction transmission mechanism allowing infinite variation of the speed ratio.
Friction transmission mechanisms are already known which allow infinitely variable transmission ratios, but, until now, these mechanisms have necessarily withstood heavy loads on large bearings, and, consequently, their efficiency was relatively poor.
The present invention relates to a mechanism or
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Friction drive means, adjustable over a wide range of speeds and in which the forces exerted on the bearings are relatively small, which allows the use of small bearings. One of the features of the present invention is that the power is transmitted by means of rollers moving between two conical surfaces.
An important characteristic of the present invention consists in that the load of the parts which transmit the power is proportional to the torque to be transmitted, which ensures high efficiency at all values of the power.
In the drawings:
Fig. 1 is a view, partly in side elevation and partly in vertical section, showing the interior of the preferred embodiment of the invention.
Figure 2 is a vertical section taken on line 2-2 of Figure 1, showing the relative position of the rollers in the preferred embodiment of the invention.
Figure 3 is a vertical section taken on line 3-3 of Figure 1 showing the relative position of the discs and the bearings in the preferred embodiment of the invention.
FIG. 4 is a perspective view, broken away, showing the relative position of the rollers and the planet carriers in the preferred embodiment of the invention.
FIG. 5 is a perspective view, broken away, showing the respective position of the planet carriers and the friction discs in the preferred embodiment of the invention.
As shown in figure 1, the preferred embodiment of the invention comprises a cylindrical housing ¯1 provided at each end with bearings .2 supporting shafts 3, and 4.
The shaft 3 ends with an internal cone rigidly fixed, by its base, to the shaft, for example by welding, so as to rotate
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when shaft 1 turns. A hollow cone or outer ring 6 surrounds the inner cone 5 and it is fixed to a sleeve 2 movable axially inside the housing 1.
The interior of the outer cone 6 has a shape such that it converges towards the base of the inner cone. Several rollers 8, three in the example shown, are mounted between the cone and the cone 6. As can be seen in figure 4, these rollers 8 have a conical shape and they are mounted like satellites around the inner cone. on the disc-shaped planet carrier 2, by means of support cups 10 and pins 11. The rollers are rotatably mounted in the cups on balls 12; for their part, the cups are fixed to the planet carrier by the pins 11. These pins are arranged so as to engage in guides 13, and in slots 14 formed respectively in the faces of the bowl and the planet carrier .
It will be noted that the guides 13 formed in the cup are open at their ends so that the cups, and with them the rollers, can slide radially relative to the planet carrier. However, the pins 11 ensure the drive of the planet carrier 2 by the conical rollers when the latter move around the axis of the internal cone 5.
The planet carrier 2 is itself mounted to rotate inside the sleeve 2 by means of a guide ring 1 and a ball bearing 16.
A second planet carrier 17 is mounted near the planet carrier 9, on the side opposite to that on which the cups 10 are mounted. Several pressure changers 18 (FIG. 5) provide a friction connection between the two planet carriers 2 and 17.
Each pressure changer 18 consists of two friction discs (19) (20) fitted in housings (21) (22) provided in the two planet carriers 2 and 17 respectively. A ball 25 is disposed between the two discs and a spring 24 rises
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in the housing of the planet carrier 2 urges the disc 12 outwards and presses the ball 23 against the disc 20.
As can be seen in Figure 5, there are three such pressure changers. Together they form a firm friction connection between the two planet carriers, so that each of these rotates the other as it rotates itself.
A set of support cups 25 and rollers 26, similar to the one just described, is mounted near the planet carrier 17, on the opposite side to that facing the satellite carrier 9. There is also an outer cone 27 and an inner cone 28, the relative position of all these parts being identical to that of the corresponding parts on the other side of the drive mechanism.
A device comprising a toothed wheel 29 is used to pass from one end of the housing to the other the sleeve and with it all of the outer cones, rollers and satellite carriers.
The operation of the new drive device is as follows:
A driving force is applied to the shaft 3 and thus rotates the inner cone. The rotation of the inner cone 1 produces by adhesion friction the rotation of the rollers 8 around their axis and around the axis of the inner cone 5. The rollers 8 are supported on the inner surface of the outer cone 6, as well as on the outer surface of the inner cone 5. As these rollers rotate around the axis of the conical part 5, they drive the planet carrier 2 by means of the pegs 11 and they rotate it around its own axis.
It will be noted that, thanks to the arrangement of the conical surfaces, the load supported by the bearings 2 and 12 is very small. The main forces are supported by the outer cones 6 and 27, where they neutralize each other.
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The torque transmitted by the rollers to the planet carrier 2 is transmitted by the latter to the planet carrier 17 via the pressure changer 18. The pressure changer exerts an axial pressure proportional to the torque, which tends to separate the planet carriers axially from one another. At the same time, the pressure changer 18 rotates the planet carrier 17 with the planet carrier 9. The rollers 26 are driven by the planet carrier 17 and they rotate the inner cone 28, as well as the shaft 4.
The pressure changers 18 serve not only to transmit the torque to the planet carrier 17, but also to maintain approximately proportional to the torque / axial moment the load / exerted on the rollers 8, 26, the inner cones 5, 28 and the outer cones 6, 27. This results in high efficiency over a wide range of powers. It will also be noted that the number of revolutions of the rollers 8, 26 is relatively small, even at high shaft speeds. This is why the centrifugal force is so small that its effect can be neglected.
As shown in the drawings, the driver will transmit a reduced number of revolutions. If it is desired that the drive device transmits to the shaft 4 a speed greater than that which is imparted to the shaft 3, it turns! the toothed wheel 29, which moves the sleeve 2 towards the shaft 3.
The rollers 8 then come to occupy a position further away from the axis of the inner cone 1 and closer to the base of this cone. At the same time, they move away from the converging end of the outer cone 6. Similarly, the rollers 26 approach the top of the inner cone 28 and they approach the converging end of the outer cone 27. .
Note that the radius of curvature of the inner cones will be equal to the radius of curvature of the outer cones increased by twice the radius of curvature of the rollers. In these conditions
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the angle made by a tangent to the outer cone and the axis of the outer cone is equal to the angle made by a tangent to the surface of the inner cone and the axis of the inner cone, each of these tangents being taken at the point of contact of a roller with the cone in question and lying in the same plane as the axis of this cone. Under these conditions, it is also correct that the axial distance between the planet carriers remains constant.
The present invention makes it possible to provide a drive mechanism of extremely long duration because there are no sharp points of contact between the rolling parts and because any contact puts new rolling surfaces into action. . The device allows a wide range of speed adjustment. Further, by virtue of the present invention, minimum compressive forces and minimum support pressures can be employed, because the diameters of the conical parts in contact increase with the applied torsional moments. At the same time, the type of construction is simple, the manufacture is easy, as well as repairs.
As shown in the drawings, the inner cones, outer cones and tapered satellite rollers are all preferably formed by curved tapered members, the curves in this case being arcs of a circle.
Although it has been found that such a construction is preferable, because it ensures a long life for all the bearing parts and because it allows a wide range of adjustments, it is possible to use cones having another curvature or straight sides. Under certain conditions, the rollers can be replaced by single balls mounted in separate bearings. For special cases, one-sided drive devices can be constructed to increase or decrease the number of revolutions. The construction of the driving device does not need to be symmetrical.
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For some operations, the outer cones can be rotatably mounted and rotate at a fixed speed.
Although the present invention can be applied in a particularly useful way in motive power machine tools, other applications are also possible, for example for the propulsion of vehicles.