La lubrification élastohydrodynamique par un fluide de traction appliquée à la conception d’un variateur toroïdal

Elastohydrodynamic lubrication by traction fluid applied to the design of a continuously variable toroidal transmission

¹ Laboratoire de Mécanique des Solides, UMR CNRS 6610, Université de Poitiers
² Laboratoire de Mécanique des Contacts, UMR CNRS 5514, Insa de Lyon
³ Renault, Direction de la Recherche, Technocentre, Guyancourt

Résumé

Les transmissions toroïdales intéressent le secteur automobile pour le bénéfice qu’apporte la variation continue de rapport de vitesse pour l’utilisation optimale de la motorisation. Pour ce type de transmission, la puissance passe par des contacts ponctuels lubrifiés qui doivent transmettre des forces de frottement. Un fluide, dit de “traction”, est utilisé à cette fin en développant un fort coefficient de frottement à haute pression. Les problèmes posés dans ce contexte sont ceux du rendement du mécanisme et de son évaluation en terme de performance. Les éléments auxiliaires, tels que les roulements ou les engrenages qui sont lubrifiés par le même fluide, sont source d’une dissipation importante dans leurs contacts et de la décroissance du rendement de la transmission. L’étude scientifique repose sur la modélisation théorique du comportement du fluide de traction et sur la meilleure caractérisation expérimentale possible de la rhéologie du lubrifiant utilisé. Afin d’approcher les conditions réelles de sollicitation du fluide, dans le variateur et les roulements, un simulateur expérimental spécifique fournissant simultanément des informations sur les épaisseurs de film et sur les forces de frottement a été utilisé.

Abstract

Continuously variable toroidal transmissions for automotive use has been the focus of considerable research and development efforts in recent years. They can bring improved fuel economy benefit under good speed ratio changes for automotive propulsion systems in which engines can produce their power under optimum conditions. In this transmission, power is transmitted by means of lubricated point contacts that transmit friction forces. A special fluid, named traction fluid, is used to develop a high friction coefficient at high pressure. The problems in this context are the power efficiency and the evaluation of the mechanism in term of performance. Some elements like roller bearings or gears are lubricated by the same fluid. They are the cause of important power dissipations in their contacts that decrease the transmission efficiency. To predict these power losses, a theoretical model of traction fluid behaviour and the best experimental analysis of rheological fluid properties are needed. In order to be close to real working conditions, both in the transmission and the roller bearing contacts, a specific apparatus that can give simultaneously friction forces and film thicknesses is used.