Sur les Systèmes de Transmission Mécanique Continuellement Variable : Conception et Optimisation

Les transmissions à variation continue promettent d'améliorer les performances et la maniabilité des machines industrielles. L’utilisation des transmissions à variation continue arbre à arbre (variateur à courroie, variateur hydrostatique, …) ont été entravées par leurs limites, surtout en termes de capacité de transmission de couple et/ou leurs faibles rendements. La transmission continuellement variable à dérivation de puissance,réalisée par la combinaison d’au moins un train planétaire et un variateur de vitesse, a été conçue et mise aucouple point afin de combiner leurs avantages. Du fait que les façons de connexion entre les entrées-sorties des composants de la dite transmission sont nombreuses, notre première contribution à travers ce travail consiste à établir une démarche de recherche et d’identification des différentes architectures que peuvent prendre ces transmissions. La démarche établie est basée sur des outils de conception tels que « OTé : OrganigrammeTechnique étendu,... ».Nombreuses les architectures et configurations possibles répondant aux spécifications du cahier des charges, du fait que les choix sont multiples, il est judicieux et ingénieux de mettre en oeuvre des approches et méthodespermettant de sélectionner les meilleures solutions parmi celles possibles. Les principaux critères de sélectionretenus sont le rendement et l’encombrement et/ou la masse des composants. Dans ce contexte et comme premiercritère, nous avons établi un algorithme simple pour l’expression du rendement des trains épicycloïdaux à troisarbres actifs étant donné que celui-ci est l’élément central dans ce type de transmission.Afin de trouver une solution intégrale et optimale de la conception du système de transmission à dérivation depuissance, dont les variables de conception, entre autres, sont la(es) raison(s) de base de(s) train(s) épicycloïdal(aux), le rapport des nombres de dents des trains ordinaires, etc., nous avons proposé une méthode dedétermination de l’architecture et de la configuration les plus adéquates pour un cahier des charges donné.Enfin, et pour mettre en valeur les résultats de cette thèse, deux applications industrielles différentes sonttraitées, la première est relative à la transmission d’une éolienne, cette transmission à variation continue permetde lier le rotor (pales) avec la génératrice, en exigeant une rotation à vitesse constante de l’arbre rapide malgré lavariation de la vitesse de vent. La deuxième application concerne l’intégration d’une transmission à dérivationde puissance dans une chaine cinématique d’un tracteur. Au moyen des outils de l’optimisation, les résultatsmontrent tout l’intérêt des approches développées à travers les travaux de cette thèse du fait qu’il est facile deremarquer le gain en termes d’encombrement/masse des composants et dans le rendement du système qui intègrece type de transmission.Continuously variable transmissions (CVT) allow to improve in the performance and drivability ofindustrial machines. The use of non-split continuously variable transmission or shaft-to-shaft transmission(variator) has been hampered by their power limitations and their low efficiencies. The continuously variablepower-split transmission achieved by combining at least one of the planetary gear train and a variator was designedand developed in order to combine their advantages. In view of a large number of architectures andconfigurations of continuously variable transmissions, our first contribution through this work is to establish aresearch approach and identify different architectures that can these transmissions take. The approach isbased on design tools such as “OTé ...”.A large number of architectures and configurations witch possibly meet the requirements of the specifications. Inthe fact that, the choices are too many; it is appropriate and ingenious to implement approaches and methods forselecting among the best possible solutions. The main criteria adopted for the selection, are efficiency and bulk orweight of the components. In this context and in the first test, we have developed a simple algorithm forexpressing and assessing the efficiency of a planetary gear train with three active shafts, because it is theprincipal element in this type of transmission.In order to find a complete and integrated solution for the design of CVT whose variable design, among others,is the basic reason(s) of the planetary gear train(s), the ratio(s) of the teethes numbers of the ordinary train(s), etc., weproposed a method for determining the most appropriate architecture and configuration for a given specification.Finally, and in order to give importance to the results of this thesis, two different industrial applications aretreated. The first one is related to the continuously variable transmission of a wind turbine, this later allows the link of the rotor (blades) with the generator, by requiring a constant speed rotation to the rapid shaft, despite the variation of the wind speed. The second application concerned the integration of continuously variable power split transmission in a drive chain of a tractor. Using the optimization tools, the results show us all the interest of approaches developed through works of this thesis, so it's very easy to observe the gain in terms of bulk/weightof components and efficiency of the system that integrates this type of transmission