Variateur de vitesses mécanques 1

Les variateurs de vitesse mécaniques Partie 1
Ce document a été en parti réalisé par des élèves de 3ième année de l'ISAT
BERTRAND Guillaume
BROSSIER Romain
DI SCHINO Marc
FAUCHER Arnaud
FORGET Patrice
FILIPA Christophe
LEGUIEL Thomas
ORFILA Olivier
PERRIN Marianne
RODES Julien
Sous la supervision de Lilian FAURE SOMMAIRE Partie 1
Introduction
p 3 I) Variateur de vitesse à éléments déformables
p 6
a. Domaine d'utilisation
b. Principe de fonctionnement
c. Les commandes de variateurs
d. Exemples d'utilisation II) Variateurs épicycloïdaux
p 16
a. Variateur épicycloïdal à galet(s) biconique(s)
b. Variateur épicycloïdal à billes Partie 2 (autre fichier)
III) Variateurs de vitesse à galets
p 30
a. Variateurs à galet cylindrique et plateau cylindrique
i. Variateurs à axes d'entrée et de sortie perpendiculaires
ii. Variateurs à axes d'entrée et de sortie parallèles
b. Variateurs à galet sphérique
i. Galet en contact avec deux couronnes toriques
ii. Galet en contact avec deux plateaux coniques
c. Variateurs à galets cylindriques et poulies coniques
i. Description et fonctionnement (fig. 1)
ii. Rapport de transmission (fig. 1 et 2)
d. Les constructeurs
e. Le variateur Toroïdal (Torotrak)
IV) Variateurs à anneau métallique et poulies à gorges déformables
p 54
a. Principe de fonctionnement
b. Calcul du rapport de transmission V) Variateurs continus de vitesse par oscillations réglables
p 57
Système 1
a. Principe de fonctionnement
b. Exemple d'utilisation
Système 2
a. Principe de fonctionnement
b. Applications industrielles VI) Variateurs de vitesse hydrauliques
p 64
c. Variateurs de vitesse hydrostatiques
d. Variateur de vitesse hydrodynamiques (ou hydrocinétiques) Conclusion p 76 Introduction La transmission de vitesse dans un mécanisme est réalisée grâce aux
variateurs de vitesse. Ils sont de deux types : soit mécaniques, soit
électriques. Il est important de préciser que de nombreuses applications de
variation de vitesse font aujourd'hui intervenir des variateurs
électriques, qui remplacent leurs homologues mécaniques, et ce pour de
nombreuses raisons : meilleur rendement, sécurité accrue, moins de
contraintes d'encombrement, nuisances sonores réduites, plage du rapport de
transmission plus importante. Malgré ce plein essor de la variation de vitesse d'origine électrique,
il serait erroné d'envisager la disparition à plus ou moins long terme des
variateurs de vitesse mécaniques. En effet, ces derniers ne nécessitent pas
la disposition du réseau ce qui leur procure une plus grande autonomie.
D'autre part, de récentes publications témoignent de l'intérêt porté
par les ingénieurs à l'exploitation de principes connus réhabilités (après
avoir été abandonnés) en vue d'une modernisation intégrant les derniers
acquis technologiques. Cela concerne notamment :
. l'aptitude des nouveaux matériaux à supporter d'importantes
pressions,
. les qualités rhéologiques accrues des lubrifiants qui
garantissent l'existence d'un coefficient de frottement
autorisant la transmission de couples élevés sans glissements
(en milieu lubrifié). Applications : - industrie :
. variateurs hydrauliques : sidérurgie, chimie,
matières premières, pétrochimie, chantiers navals
. variateurs à oscillations réglables système 2 :
applications diverses pour petites puissances
. variateurs à éléments déformables et à galets :
applications diverses
- centrales thermiques de chauffage et centrales énergétiques
(variateurs hydrauliques)
- transports :
. variateurs à éléments déformables (CVT,
cyclomoteurs) . variateurs toroïdaux sur camions, tracteurs et
voitures . variateurs à galets . variateurs à oscillations réglables système 1 :
moteurs à explosion de faible puissance :
voiturette Situation et fonction du variateur dans un mécanisme : Dans une chaîne de transmission de puissance, le variateur de vitesse
se situe entre l'organe moteur et l'organe récepteur. Installé ou non en
série avec d'autres organes tels qu'un réducteur et un embrayage, sa
fonction répond à des exigences qui, selon le cas, peuvent être d'ordre
cinématique ou énergétique. En règle générale, le réducteur (quand il fait partie de la chaîne
cinématique) est installé en aval du variateur. En effet, à puissance
égale, un montage inverse engendrerait un couple d'entrée plus important
dans le variateur, ce qui justifierait une conception plus volumineuse du
mécanisme (augmentation des diamètres d'arbres, des efforts presseurs,
risque de glissement...).
Le variateur de vitesse permet également, grâce à une commande
extérieure (commande manuelle ou asservie), de faire varier le rapport de
transmission. Ainsi, pour une vitesse angulaire constante en entrée ?1 (en
palier), la vitesse angulaire de sortie ?2 peut-elle varier, de façon
continue, entre deux valeurs, minimale et maximale, notées respectivement
?2m et ?2M . Les rapports évoluent donc entre [pic] et [pic].On peut alors
définir une plage de variation conférant au variateur de vitesse, selon le
cas, une ou plusieurs des quatre configurations suivantes :
. Inverseur - multiplicateur
. Inverseur - réducteur
. Transmetteur - réducteur
. Transmetteur - multiplicateur La plupart des variateurs de vitesse mécaniques se comportent soit en
transmetteur, soit en inverseur. Par ailleurs, les dispositions
constructives adoptées empêchent le plus souvent l'annulation du rapport de
transmission (ce qui correspondrait à un arrêt de l'arbre de sortie 2,
l'arbre d'entrée 1 poursuivant sa rotation). Schéma de l'implantation du variateur dans un mécanisme : [pic] Fonction d'ordre cinématique : La variation continue de la vitesse angulaire de sortie ?2 permet
d'ajuster celle-ci à un impératif cinématique de fonctionnement de l'organe
récepteur, indépendamment de toute considération d'ordre énergétique. Domaine d'utilisation spécifique à la fonction d'ordre cinématique :
. Imprimerie : mise en mouvement de rouleaux avec régulation de la
vitesse de défilement du papier.
. Ventilation : mise en mouvement de ventilateurs destinés à réguler une
température de fonctionnement.
. Chirurgie dentaire : mise en mouvement de fraises dont la vitesse
angulaire est fonction de la nature de l'intervention, et de la forme
de la fraise utilisée.
Fonction d'ordre énergétique : La variation continue de la vitesse angulaire de sortie ?2 permet
d'ajuster le couple à un impératif énergétique de mise en mouvement de
l'organe récepteur. Ce dernier consiste alors en une machine dont la masse
des différents composants mobiles entraîne l'existence d'un moment
d'inertie équivalent Ieq important sur l'arbre 3, et, par conséquent, un
couple de démarrage supérieur au couple de fonctionnement établi. [pic] Domaine d'utilisation spécifique à la fonction d'ordre énergétique : . Transport routier, ferroviaire, et maritime.
. Génie civil : propulsion d'engins de chantier (ex : bulldozer), et
entraînement de broyeurs, mélangeurs, etc. dans les mines et
carrières.
. Manutention : treuils de levage. I) Variateurs de vitesse à éléments déformables


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a. Domaine d'utilisation


Ce type de variateur est très utilisé dans le domaine des transports.
C'est celui que l'on retrouve sur les mobylettes et les scooters mais aussi
en automobile avec par exemple, les DAF variomatic ou plus récemment les
Audi A4 et A6. Au début des années 90, un prototype de F1 à variateur de ce
type avait même été réalisé par Renault, les essais avaient été très
concluants mais pourtant sans suite pour cause de règlement concernant les
boîtes de vitesse.
Ce type de variateur est aussi utilisé dans le domaine industriel,
pour donner des grandes plages d'utilisation aux machines sans régime de
discontinuité. On retrouve cette application sur la perceuse à colonne de
l'école.
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b. Principe de fonctionnement

Principe de base

Le principe de fonctionnement du variateur à éléments déformables
repose sur la variation continue possible du rayon d'enroulement de
l'él