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"Changement de vitesse"
La présente invention a pour objet un changement de vitesse pouvant être réalise soit sous forme de change- ment de vitesse continu, soit sous forme de changement de vitesse discontinu .
On connaît déjà des dispositifs modificateurs de vitesse dans lesquels un arbre moteur porte fou un pignon excentre engrenant avec la denture intérieure d'un engrenage à diamètre oonstant solidaire de l'arbre entraîne 'L'objet de la présente invention est, au contraire, caractRrisé par un galet ou cercle entraîné par l'arbre mo- teur dans un mouvement de roulement contre un anneau dont le diamètre peut, suivant le caractère que doit avoir le changement de vitesse, soit être modifié de quantités déter- minées successives, soit être modifié de façon progressive .
Dans le premier cas, le roulement du galet entraî- né est assuré, soit par adhérence, soit par l'intermédiaire
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d'une denture. Dans le second cas, il est assuré par adhéren- ce seulement . Un point quelconque du cercle entraîné par l'arbre moteur et roulant sur l'anneau se trouve donc décrire une épicycloïde ou une hypocycloide de cercle, suivant que le cercle sera extérieur ou intérieur à l'anneau. Ce mouvement épicycloïdal ou hypocycloïdal est transmis l'arbre récep- teur par tout dispositif approprié tel que : joint de cardan, joint d'oldham ou joint à double tournevis .
Le galet qui est entraîné par l'arbre moteur peut venir en contact direct avec l'anneau de diamètre variable ou bien il peut entraîner à son tour un cercle contre lequel il s'applique énergiquement grâce à une force élastique tel- le que des ressorts et qui roule contre 1"anneau de diamètre variable .
Dans le cas de mouvement par adhérence, pour éviter le glissement entre le galet ou le cercle roulant et l'anneau à diamètre variable, il y a avantage à munir la périphérie du cercle roulant d'une garniture d'un produit à haute adhé- rence tel que, par exemple, celui connu dans le commerce sous le nom de "Ferodo" .
L'anneau de diamètre variable contre lequel roule le galet ou le cercle intermédiaire est, par exemple, consti- tué par une lame métallique, garnie ou non de substance adhé- rente et enroulée en forme d'hélice de manière à former un anneau cylindrique; des poussoirs peuvent être disposés ra- dialement et recevoir des mouvements qui les rapprochent ou les écartent du centre de l'anneau, de manière à rétrécir ou à laisser s'augmenter le diamètre de ce dernier .'Si l'au- neau en question est constitué par une lame d'acier trempé, formant ressort, l'élasticité de cette lame peut être suffi-
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sante, sans qu'il soit nécessaire de faire intervenir d'au- tres moyens., pour permettre à l'anneau de se distendre au fur et à mesure que les poussoirs s'écartent de son centre,
cette action de distension étant aidée par l'action du cercle rount lorsque le galet ou cercle agit intérieurement à l'anneau .
Il est, en effet, possible de concevoir l'appareil soit avec cercle roulant sur l'extérieur de l'anneau - le cercle étant alors appuyé vers le centre de l'anneau et les poussoirs qui dilatent ou laissent rapetisser ce dercle étant disposés à l'intérieur de l'anneau soit au contraire avec le cercle intérieur à l'anneau, les poussoirs étant'disposés extérieurement .
Les poussoirs dont il est question pourront être soit des sortes de pistons radiaux actionnés mécaniquement ou hydrauliquement, soit des excentriques, les dits poussoirs étant répartis le long de l'anneau en nombre suffisant, étant donné l'épaisseur de cet anneau, pour que ce dernier conserve, pour chacun de ses diamètres sucoessifs, une forme pratique- ment circulaire .
On peut apporter à ce dispositif des modifications d'ordre secondaire consistant : d'une part à entraîner directement le cercle de roulement par l'arbre moteur, en supprimant le galet excen- trique intermédiaire ou en constituant le dit cercle de roulement et le galet par un seul et même organe, à savoir:
un galet qui est entraîné par l'arbre moteur et qui est sol- licité par' un ressort ou tout autre dispositif analogue, de telle façon que ce galet vienne s'appliquer directement à l'intérieur ou à l'extérieur de l'anneau de diamètre varia- ble.
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d'autre part, à constituer l'anneau de diamètre va-
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table, soit comme ind1'ltré' ptécéc1±h:p:T;
Itsoit au moyen d'une surface de révolution dont la position relative par rapport au galet peut être déplacée progressivement suivant la direc- tion commune à l'axe de figure de cette surface et à l'axe de rotation du galet, et qui est engendrée par une courbe conçue de telle manière que, dans les diverses positions du galet conique, remplaçant dans ce cas le cercle de roulement, le sommet du cône dont fait partie ce galet coincide dans toutes les positions avec le sommet du cône tangent au point de con- tact du galet avec la dite surface de révolution . La surface de révolution en question peut être très peu différente d'un cône et, en conséquence, être, dans certains'cas, remplacée pratiquement par un oône, la génératrice théorique de cette surface ayant une très faible courbure .
En outre, le mouvement est pris sur le galet coni- que de roulement, soit comme cela est décrit ci-dessus pour le cercle de roulement, soit au moyen d'un arbre à cardans interposé entre le galet conique de roulement et l'ar- bre récepteur .
De même un perfectionnement important est encore ap- porté au dispositif décrit,dans ce qui. précede
Il résulte en effet de la théorie du mouvement du galet, entraîné comme il est dit ci-dessus de telle manière qu'il reste en contact sans glissement avec une circonférence fixe dans l'espace, que le mouvement résultant est caractérisé par une vitesse :
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w étant la vitesse de l'arbre moteur, R le rayon de la air-
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conférence de rayon variable et ! le rayon du galet .
On voit que w' est toujours de même signe que r # R ce qui est une condition absolue pour le cas où le galet est intérieur ou si r R pour le cas où le galet est extérieur
Dans ces conditions, la vitesse résultante varie de
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mais on peut prendre des valeurs de signe contraire à W (galet intérieur) ou de même signe que (galet extérieur).
En commandant la pièce à surface sensiblement coni- que destinée à procurer les circonférences à rayon variable de telle manière qu'elle soit animée d'un mouvement de rota- tion à vitesse constatne la vitesse du mouvement résul- tant est
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c'est-à-dire que pratiquement4)/ pourra varier entre les limites
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permettant ainsi toutes les vitesses comprises entre une vitesse négative et une vitesse positive données et ceci avec la même progression que dans le système décrit ci- dessus.
De plus, il est signalé que le changement de vi- tesse qui fait l'objet de l'invention constitue un asser- vissement rigoureux du système mené au systèmemoteur et qu'
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il est un frein énergique s'opposant à une modification des conditions du mouvement telles qu'elles résultent des formu- les ci-dessus. En particulier, lorsque w'- 0, le système mené est rigoureusement freiné et maintenu au repos .
A cet effet, le dispositif de la présente invention est constitué en principe par trois éléments, à savoir : 1 un axe entraîné par l'arbre moteur et susceptible de se dé- placer parallèlement à ce dernier. 2 - Un galet ou organe analogue monté rotatif sur cet axe et relié à l'arbre récep- teur. 3 - Une surface sensiblement conique avec laquelle le dit galet est en contact et qui, en outre qu'elle est mobile suivant son axe, peut être animée -par un moyen approprié - d'un mouvement de rotation propre .
Comme l'excentrement du galet et de son axe, par rapport à l'arbre moteur, entraîne des efforts dûs à la force.¯- centrifuge, il est nécessaire, en pratique, de prévoir un dispositif de compensation grâce auquel, pour tout- déplacement de la masse de l'ensemble excentré, une masse correspondante est déplacée, en sens contraire, par rapport à l'axe de rota- tion .
On peut réaliser cette compensation, par exemple au moyen d'un contre-poids qui, actionné par un levier pivotant sur une pièce solidaire de l'axe moteur et relié d'autre part à l'axe du galet, se déplace, par rapport.au centre de rota- tion, d'une distance calculée d'après la masse de l'ensemble excentré et d'après celle qu'on peut donner au déplacement du contre-.poids .
Le déplacement longitudinal du cône peut être ef- fectué de toute manière appropriée, ce déplacement étant, bien entendu, susceptible d'être commandé à distance .
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Enfin, au besoin, pour éviter le glissement entre le galet conique et le cône, on peut munir la périphérie du galet d'une garniture adhérente constituée, par exemple, par un pro- duit tel que celui qui est connu dans le commerce sous le nom de "Ferodo" .
De même, à titre de variante, on peut combiner avec le dispositif défini ci-dessus, un système planétaire pour ob- tenir une vitesse nulle ou une rotation inverse de l'arbre ré- cepteur .
Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, diverses formes de réalisation de l'invention .
Dans ce dessin :
Fig. 1 est une vue schématique de la constitution de l'appareil .
Fig. 2 est une vue analogue d'une variante . fig. 3 est une coupe transversale par A-A de fig. 4 d'une forme de construction d'un changement de vitesse progres- sif conforme à l'invention .
Fig. 4 est une coupe diamétrale par B-B de l'appareil représenté fig. 3 .
Fig. 5 est une vue de face du joint servant à trans- mettre le mouvement du cercle roulant aux arbres récepteurs .
Fig. 6 est une ooupe longitudinale d'une autre va- riante .
Fig. 7 en est une coupe transversale par C-C de fig. 6.
Fig, 8 est une vue extérieure, avec coupe partielle de la variante de fig. 6 .
Fig. 9 est une coupe analogue à/fig. 7 dans une autre position des organes .
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Fig.lO est,une coupe longitudinale. schématique d'une autre variante .
Fig. 11 est une coupe transversale Par. D-D de fig. 10.
Fig. 12., est une coupe diamétrale d'une variante dans le mode d'enurainement de l'arbre récepteur..
Dans le schéma de la fig. 1, 1 est l'arbre moteur qui porte une fourche 6 dans laquelle coulisse radialement l'axe 4 d'un galet 5 . Un ressort 7 tend à appliquer le galet 5 contre l'intérieur de l'anneau 9. Les vitesses variables sont prélevées sur l'axe 4 du galet 5, par exemple au moyen d'un arbre à cardans 31 - 32 - 33, aboutissant à l'arbre ré- cepteur 29-30, ou bien au moyn des organes décrits plus loin .
En fig. 2, on retrouve les mêmes éléments, mais 'ici le galet 5, au lieu de rouler à l'intérieur de l'anneau 9, ap- plique constamment, grâce au ressort 7, un cercle 8 sur la. face interne de l'anneau 9 .
On se rend compte que, dans les deux cas, si l'ar- bre moteur tourne dans le sens de la flèche F, le galet 5, dans le premier cas, tourne dans le sens de la flèche F1 et que, dans le second cas, ce galet 5 pousse devant lui, en tournant sur son axe, le cercle 8 qui roule à l'intérieur de l'anneau 9 tout en roulant dans le sens de la flèche F2, si R est le rayon de l'anneau 9 et r le rayon du galet 5 ou du cercle 8, et si w est la vitesse de rotation de l'arbre moteur d, la vitesse de rotation w' du galet 5 ou du cercle 8 autour de leur centre sera :
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1 , r Ji - r R Le centre 4 du galet 5 ou 10 de l'anneau 8 décrit un cercle autour du centre 2 de l'arbre moteur 1 et tout/autre point
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du galet ou du cercle décrit une hypocycloïde de cercle.
Où conçoit que, si l'on fait varier le rayon R de l'anneau 9, le rayon restant constant, on pourra pour une même vitesse de rotation de l'arbre moteur obtenir au- tant de vitessesdifférentes qu'il y a de rayons différents dans l'anneau 9, entre la dimension r (pour laquelle l'anneau
9 épouserait exactement la périphérie du galet 5 ou du cercle
8) et le rayon maximum qu'il est possible de donner à l'anneau
9.
On reconnaît, à la fig. 3, l'arbre moteur 1, dont l'axe est en 2 ; le tourillon 4 du galet 5 ; la fourche 6 munie d'évidements 11 dans lesquels peut se déplacer le tourillon 4 du galet ; le cercle roulant 8 et l'anneau 9 à l'intérieur duquel rcule le cercle 8 . Les ressorts 7 interposés entre le fond des glissières 11 et le tourillon 4 du galet n'ont pas é- té représentés pour plus de clarté .
Le cercle roulant 8 est représenté muni d'une garni- ture de friction 12 qui sera, par exemple, du "Ferodo" .
L'anneau 9 est, ainsi qu'on le voit à la fig. 4, formé par une lame d'acier trempé roulée en hélice sous forma de spires jointives telles que 13,13a ......
Une série de cames ou d'excentriques tels que 14 (fig. 3 et 4) sont montés sur des tourillons 15 portant chacun un pignon 16 qui engrène avec une couronne dentée 17 suscep- tible de tourner sur une douille 18 solidaire de la carcasse qui enferme l'appareil .
Si l'on fait tourner la roue dentée 17, ce qui a pour effet de faire tourner sur leur axe 'les pignons 16, les tourillons 15 et les cames 14, on repoussera concentriquement vers le centre, ou on laissera se dilater vers l'extérieur,
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l'anneau 9. On diminuera ainsi, ou on augmentera le chemin qu'aura à parcourir en roulant le cercle 8 dans l'anneau 9 pour un tour de l'arbre moteur 1, faisant ainsi varier progres- sivement la quantité dont le cercle 8 aura tourné autour de son axe et faisant par suite varier progressivement le rapport des vitesses de rotation de l'arbre 1 et de l'axe 10 du cer- cle 8 .
Le cercle 8 comporte deux bossages 19 qui pénètrent (voir fig. 4 et 5) dans deux glissières 20 portées par un dis- que 21 muni d'une ouverture centrale 32 dans-laquelle passe librement l'extrémité de l'arbre moteur 1 et qui est muni, sur son autre face, de bossages 23 susceptibles de coulisser dans des rainures 24 portées par un plateau 25 monté de manière à pouvoir tourner sur une douille 26 concentriquement à l'arbre moteur 1 .
L'anneau 21 et le plateau 25 forment, en combinaison avec les bossages 19 et 23, un joint à double tournevis qui permet au cercle 8 d'entraîner dans son mouvement de rotation autour de son centre 10, le plateau 25 qui tourne autour de l'axe 2 . L'arbre récepteur peut être entraîne directement par le plateau 25 ou bien, comme cela est représenté à la fig. 4, être muni d'un pignon 27 qui engrène avec des roues dentées,28 montées sur deux arbres récepteurs 29 et 30 .
Pour constituer un changement de vitesse discontinu, susceptible de réaliser seulement un certain nombre de rapports de vitesse entre l'arbre moteur et le ou les arbres récepteurs, il suffirait de donner à l'anneau 9, uniquement un certain nom- bre de rayons différents. Lans ce cas, on pourrait munir exté- rieurement le cercle 8 d'une denture qui viendrait en prise avec des dents correspondantes portées par les spires de l'an-
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neau 9.
Entre chaque vitesse, il faudrait dégager la denture du cercle 8 de celle de l'anneau 9 et les différents diamètres donnés par étapes, à l'anneau 9, devraient être tels que les différentes spires se trouvent décalées d'une dent l'une par rapport à l'autre . Ceci serait, par exemple, obtenu par un écrasement des ressorts 7, accompagné d'un rapprochement con- comitant du cercle 8 vers le centre 2, d'une quantité suffi- sante pour que les dentures se dégagent les unes des autres.
Une fois l'anneau 9 amené au diamètre inférieur ou supérieur désiré, on laisserait les ressorts 7 se détendre de manière à remettre en prise la denture du cercle 8 avec celle de l'an- neau 9 ,
Dans le cas où l'anneau 9 ne comporte qu'une spire ou seulement un peu plus qu'une spire, il ne sera pas néces- saire de dégager la denture du cercle 8 de celle de l'anneau 9, les variations de diamètre de l'anneau 9 pouvant alors être réalisées pendant que le cercle 8 ne roule pas sur le joint de l'anneau 9 .
Tans la variante représentée aux fig. 6 à 9, la fourche fixée à l'arbre moteur et dans laquelle se déplace le galet, est remplacée par une glissière 34 fixée à l'arbre 1 et dans laquelle peut se déplacer, perpendiculairement à l'arbre 1, une pièce analogue 35 solidaire d'un axe 36 susceptible de tourner fou, par l'intermédiaire de roulements à billes 37, à l'intérieur du galet 5 de forme conique ,
Ce galet 5 est relié à l'arbre entraîné 30 par l'ar- bre à cardans 31, 32. 33 . Dans la position représentée en fig. 6, le galet 5 est en contact, par une garniture adhérente 12, avec toutes les génératrices d'un cône évidé 38 de même ouverture et de même axe que la partie conique' du galet .
Ou
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cône 38 peut être déplacé dans le sens de son axe et, à cet effet, il peut être muni de brides coulissant dans une glis- sière par exemple ,
Ainsi qu'on le voit en fig. 7, la glissière 34 est munie, à sa partie supérieure, d'une butée 41 et la pièce 35, à sa partie inféri&ure, d'une autre butée 42 entre Lesquelles se trouva un ressort 7 qui tend à les éloigner et à faire glisser par conséquent la pièce 35 par rapport à la glissière 34 . Dans la position des fig. 6 et 7, oc glissement ne peut s produire puisque le galet 5, solidaire de la pièce 35, est encontact par toutes ses génératrices avec le cône 38 . Dans co cas, l'arbre moteur 1 tourne fou dans le roulement à billes 37 .
Si l'on suppose maintenant ce cône 3$ déplacé, dans une glissière par exemple, le ressort 7 repousse la pièce 35 et le galet 5 jusqu'à ce que celui-ci vienne en contact, par une de ses génératrioes, avec l'intérieur du cône 38, ainsi qu'on l'a indiqué aux fig. 8 et 9 . Le galet n'étant plus coincé dans le cône 38, il s'en suit que la rotation de l'ar- bre moteur 1 produira le roulement du galet 5 à l'intérieur de ce cône, comme dans la fig. l,le galet 5 roule à l'intérieur du cercle 9 . La vitesse de rotation du galet 5 autour de son axe dépend du rayon moyen de la portion tronconique du cône 38 touchéepar le galet 5 .
En effet, si on appelle R ce rayon mcyen et r le rayon moyen du galet conique et si c est la vitesse de rotation de l'arbre moteur 1, la vitesse de rota- tion du galet 5 autour de son axe est :
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:,j i,,1 R - il 1 d'ot il résulte, étant constant, que si l'on déplace le cô- ne 38 vers la droite, à partir de la position de fig. 6 pour
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laquelle R = r, la vitesse de rotation du galet autour de son axe, et par suite celle de l'arbre 30, variera de zéro jusqu'à une valeur - toujours inférieure à la vitesse de rotation de l'arbre moteur - correspondant au rayon maximum qu'il est possible de donner à la grande base du cône 38 .
-Il y a lieu de remarquer que le déplacement de la pièce 35 dans la glissière 34 ,entraîne un déplacement de la masse de l'ensemble galet- pièce 35 par rapport à l'axe 1 .
Pour compenser le moment ainsi créé, on a prévu un contre- poids 43, ayant par exemple la forme d'un cylindre à paroi épaisse, mobile dans un alésage ménagé dans les pièces 34 et 35 et dont la perforation intérieure permet le passage du ressort 7 .
La compensation peut par exemple, s'effectuer au moyen d'un levier 44 articulé en un point 45 sur la glissière 34 et dont les extrémités sont couplées respectivement à un goujon 46 de la piéce 35 et au contre-poids 43 . Cette dis- position entraîne, lorsque la pièce 35 glisse par rapport à la glissière 3.4, un déplacement en sens inverse du contre- poids 43 qui vient ainsi, par sa masse convenablement choi- sie, compenser le déplacement de la masse du galet par rap- port à ltaxe de rotation 'La fig. 10 correspond au cas où l'appareil peut donner une vitesse résultante nulle ou même de sens contraire à celle de l'arbre moteur 1 ;de même les fig.11 & 12 .
Dans ce cas, le mouvement résultant est pris sur un axe a à la sortie d'un train planétaire constitué (fig.10 et 11) par une couronne b, dentée intérieurement et extérieu- rement, dont le mouvement de rotation est commandé par le ga- let conique 5, à vitesse variable, au moyen d'un pignon c
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fixé sur l'arbre 30, ta.ndis que le pignon planétaire d monté fou sur son axe, est commandé à vitesse constante par l'arbre moteur 1 par l'intermédiaire de roues dentées e et f et d'un arbre . L'entraînement de l'arbre! par le pignon d est réa- lisé par le bras de levier résultant de l'excentricité de l'axe du dit pignon .
le mouvement résultant pris sur a est ainsi maximum quand la couronne b du train planétaire a sa vitesse minima .
11 st nul lorsque la vitesse de rotation de la oouronne b est égale et de sens contraire à celle du pignon ± à vitesse cons- tante, hypothèse faite que les pignons c et f sont de même dia- mètre .
Un tel dispositif est également susceptible de faire tourner l'arbre a en sens inverse de l'arbre moteur 1 si l'on a soin de dimensionner les diverses roues dentées, la couronne du planétaire et les pignons de l'appareil, de manière que la vi- tesse de l'arbre a se trouve nulle pour une position du galet conique à vitesse variable située en un point intermédiaire en- tre les deux extrémités du cône 38 .
Toute position du galet conique, d'une part de cette position intermédiaire donnera, pour l'arbre a, un sens de rotation de même sens que celui de l'arbre moteur 1 - tandis que toute position dudit galet, de l'autre côté de cette position intermédiaire donnera, pour 1' arbre a, un sens de rotation inverse de celui de l'arbre moteur
On a représenté ici un train planétaire avec pignon satellite d engrenant sur la couronne b et sur le pignon f.; on pourrait supprimerle pignon f et monter le pignon d sur un excentrique calé sur l'arbre à la place du pignon f ; le pi- gnon d serait alors entraîné par l'excentrique et roulerait sur la denture intérieure de la couronne b; son mouvement de rota- tion serait transmis à l'arbre a au moyen d'un arbre de cardan.
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De même, au lieu que l'arbre à cardan 32 actionne
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directement l'arbre 30, on pourrait --..--......, -........---...-.-'..- JI7- faire actionner cet arbre 30 par le cardan 32 par l'intermé- diaire .(fig. 12) d'un pignon h engrenant avec une couronne fixe i, dentée intérieurement et monté fou dans une cage 1 calée sur l'arbre 30; ceci permet de munir l'appareil de plusieurs galets 5 par exemple deux galets, actionnant chacun, par un cardan 32, 32a et un pignon h, h1, la cage ± montée sur l'ar- bre 30 ,
Il cnnvient de remarquer que l'appareil peut aussi bien fonctionner dans le cas où les arbres 30 ou a, sont mo- teurs et où l'arbre 1 est récepteur .
L'appareil à vitesse variable décrit aux présentes peut être appliqué à toutes sortes de variations de vitesse, notamment aux appareils de levage, aux voitures automobiles, etc,,.. L'on peut-concevoir que la position des poussoirs 14 ou du cône 38 soit fonotion de la résistance opposée à la rota- tion du ou des arbres récepteurs, suivant une théorie bien con- nue qui a reçu récemment diverses applications . L'appareil sera alors disposé de manière à oe que : plus la résistance offerte à la rotation des arbres récepteurs sera grande, plus l'anneau 9 diminuera de diamètre et inversement, cu plus le oône offrira au galet 5 un diamètre réduit ou augmenté, ce qui aura pour effet de créer un changement de vitesse automatique.
Tel. qu'il est conçu, l'appareil se prête particuliè- rement bien à l'actionnement des véhicules automobiles', soit pour le remplacement du changement de vitesse ordinaire, soit sous forme de deux appareils conformes à l'invention et action- nant chacun l'une des deux roues, par exemple, les roues avant .
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En donnant à l'anneau 9 le diamètre du galet 5 ou du cercle 8, on remplacera l'embrayage habituel des voitures automobiles.
Le système courant de direction pourra, de son cote,, être remplacé par l'action du volant de direction de la voitu- ze sur la variation de diamètre, en sens inverse, des anneaux 9 actionnant les roues ou bien en agissant sur un seul des an- neaux 9 pour faire varier son diamètre ,
Les roues arrière du véhicule seront dans ces deux
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cas ori8nta"bleautomatiquement .
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"Gear switch"
The object of the present invention is a speed change which can be carried out either as a continuous speed change or as a discontinuous speed change.
Speed-modifying devices are already known in which a driving shaft carries an eccentric pinion meshing with the internal toothing of a gear of constant diameter secured to the driven shaft. The object of the present invention is, on the contrary, characterized. by a roller or circle driven by the motor shaft in a rolling motion against a ring whose diameter may, depending on the nature of the change of speed, either be modified by successive determined quantities, or be modified gradually.
In the first case, the rolling of the driven roller is ensured, either by adhesion or by
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a toothing. In the second case, it is insured by membership only. Any point of the circle driven by the motor shaft and rolling on the ring is therefore described as an epicycloid or a hypocycloid of a circle, depending on whether the circle is outside or inside the ring. This epicyclic or hypocycloidal movement is transmitted to the receiver shaft by any suitable device such as: cardan joint, oldham joint or double screwdriver joint.
The roller which is driven by the motor shaft may come into direct contact with the ring of variable diameter or else it may in turn drive a circle against which it applies energetically thanks to an elastic force such as springs. and which rolls against 1 "ring of varying diameter.
In the case of movement by adhesion, to avoid slippage between the roller or the rolling circle and the variable-diameter ring, it is advantageous to provide the periphery of the rolling circle with a lining of a product with high adhesion. reference such as, for example, that known in the trade as "Ferodo".
The ring of variable diameter against which the roller or the intermediate circle rolls is, for example, constituted by a metal blade, filled or not with an adherent substance and wound in the form of a helix so as to form a cylindrical ring. ; pushers can be arranged radially and receive movements which bring them closer to or away from the center of the ring, so as to shrink or to allow the diameter of the latter to increase. 'If the ring in question consists of a hardened steel blade, forming a spring, the elasticity of this blade may be sufficient.
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health, without it being necessary to involve other means., to allow the ring to stretch out as the pushers move away from its center,
this action of distension being aided by the action of the rount circle when the roller or circle acts internally to the ring.
It is, in fact, possible to design the device either with a circle rolling on the outside of the ring - the circle then being pressed towards the center of the ring and the pushers which dilate or allow this circle to shrink being arranged at the inside of the ring is on the contrary with the inner circle of the ring, the pushers being arranged on the outside.
The pushers in question could be either kinds of radial pistons actuated mechanically or hydraulically, or eccentrics, said pushers being distributed along the ring in sufficient number, given the thickness of this ring, so that this the latter retains, for each of its sucoessive diameters, a practically circular shape.
Modifications of a secondary order can be made to this device consisting of: on the one hand in directly driving the rolling circle by the motor shaft, by eliminating the intermediate eccentric roller or by constituting the said rolling circle and the roller by one and the same body, namely:
a roller which is driven by the motor shaft and which is solicited by a spring or any other similar device, so that this roller is applied directly to the inside or the outside of the ring of variable diameter.
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on the other hand, to constitute the ring of diameter va-
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table, or as indexed 'ptécéc1 ± h: p: T;
It is by means of a surface of revolution, the relative position of which with respect to the roller can be moved progressively in the direction common to the figure axis of this surface and to the axis of rotation of the roller, and which is generated by a curve designed in such a way that, in the various positions of the conical roller, replacing in this case the rolling circle, the apex of the cone of which this roller forms part coincides in all positions with the apex of the cone tangent to the point of con - tact of the roller with the said surface of revolution. The surface of revolution in question may be very little different from a cone and, consequently, be, in certain cases, practically replaced by an oone, the theoretical generatrix of this surface having a very small curvature.
In addition, movement is taken on the conical roller bearing, either as described above for the rolling circle, or by means of a cardan shaft interposed between the conical roller and the rear. - bre receiver.
Likewise, a significant improvement is made to the device described, in which. precedes
It follows in fact from the theory of movement of the roller, driven as it is said above in such a way that it remains in contact without sliding with a fixed circumference in space, that the resulting movement is characterized by a speed:
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w being the speed of the motor shaft, R the radius of the air-
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conference of variable radius and! the radius of the roller.
We see that w 'is always of the same sign as r # R which is an absolute condition for the case where the roller is internal or if r R for the case where the roller is external
Under these conditions, the resulting speed varies from
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but we can take values of opposite sign to W (inner roller) or of the same sign as (outer roller).
By controlling the part with a substantially conical surface intended to provide the variable radius circumferences in such a way that it is animated by a rotational movement at speed, the speed of the resulting movement is ascertained.
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that is to say that practically4) / may vary between the limits
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thus allowing all speeds between a negative speed and a given positive speed and this with the same progression as in the system described above.
In addition, it is pointed out that the change of speed which is the subject of the invention constitutes a rigorous slowing down of the system led to the motor system and that
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it is an energetic brake opposing a modification of the conditions of movement such as they result from the above formulas. In particular, when w'- 0, the driven system is rigorously braked and kept at rest.
To this end, the device of the present invention consists in principle of three elements, namely: 1 an axis driven by the motor shaft and capable of moving parallel to the latter. 2 - A roller or the like mounted to rotate on this axis and connected to the receiving shaft. 3 - A substantially conical surface with which said roller is in contact and which, in addition to being movable along its axis, can be driven - by appropriate means - with a proper rotational movement.
As the eccentricity of the roller and its axis, with respect to the motor shaft, causes forces due to the centrifugal force. ¯-, it is necessary, in practice, to provide a compensation device thanks to which, for all- displacement of the mass of the eccentric assembly, a corresponding mass is displaced, in the opposite direction, with respect to the axis of rotation.
This compensation can be achieved, for example by means of a counterweight which, actuated by a pivoting lever on a part integral with the motor axis and connected on the other hand to the axis of the roller, moves relative to . at the center of rotation, by a distance calculated from the mass of the eccentric assembly and from that which can be given to the displacement of the counterweight.
The longitudinal displacement of the cone can be carried out in any suitable manner, this displacement being, of course, capable of being controlled remotely.
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Finally, if necessary, to prevent slippage between the conical roller and the cone, the periphery of the roller can be provided with an adherent lining consisting, for example, of a product such as that which is known in the trade under the name of "Ferodo".
Likewise, as a variant, it is possible to combine with the device defined above, a planetary system to obtain zero speed or reverse rotation of the receiving shaft.
The accompanying drawing shows, by way of example, various embodiments of the invention.
In this drawing:
Fig. 1 is a schematic view of the constitution of the apparatus.
Fig. 2 is a similar view of a variant. fig. 3 is a cross section through A-A of FIG. 4 of a construction form of a progressive speed change according to the invention.
Fig. 4 is a diametral section through B-B of the apparatus shown in FIG. 3.
Fig. 5 is a front view of the joint for transmitting the movement of the rolling circle to the receiving shafts.
Fig. 6 is a longitudinal section of another variant.
Fig. 7 is a cross section through C-C of FIG. 6.
Fig, 8 is an exterior view, with partial section of the variant of fig. 6.
Fig. 9 is a section similar to / fig. 7 in another position of the organs.
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Fig.lO is a longitudinal section. schematic of another variant.
Fig. 11 is a cross section through. D-D of fig. 10.
Fig. 12., is a diametral section of a variant in the mode of casing the receiving shaft.
In the diagram of fig. 1, 1 is the motor shaft which carries a fork 6 in which the axis 4 of a roller 5 slides radially. A spring 7 tends to apply the roller 5 against the inside of the ring 9. The variable speeds are taken from the axis 4 of the roller 5, for example by means of a cardan shaft 31 - 32 - 33, resulting in to the receiver shaft 29-30, or else by means of the components described below.
In fig. 2, we find the same elements, but 'here the roller 5, instead of rolling inside the ring 9, constantly applies, thanks to the spring 7, a circle 8 on the. internal face of the ring 9.
We realize that, in both cases, if the motor shaft turns in the direction of arrow F, the roller 5, in the first case, turns in the direction of arrow F1 and that, in the second case, this roller 5 pushes in front of it, by turning on its axis, the circle 8 which rolls inside the ring 9 while rolling in the direction of the arrow F2, if R is the radius of the ring 9 and r the radius of roller 5 or of circle 8, and if w is the speed of rotation of the motor shaft d, the speed of rotation w 'of roller 5 or of circle 8 around their center will be:
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1, r Ji - r R The center 4 of the roller 5 or 10 of the ring 8 describes a circle around the center 2 of the motor shaft 1 and any / other point
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pebble or circle describes a hypocycloid of a circle.
Where can we imagine that, if we vary the radius R of the ring 9, the radius remaining constant, we will be able for the same speed of rotation of the motor shaft to obtain as many different speeds as there are radii different in the ring 9, between the dimension r (for which the ring
9 would exactly follow the periphery of the roller 5 or the circle
8) and the maximum radius that can be given to the ring
9.
It can be seen in fig. 3, the motor shaft 1, the axis of which is at 2; the journal 4 of the roller 5; the fork 6 provided with recesses 11 in which the journal 4 of the roller can move; the rolling circle 8 and the ring 9 inside which the circle 8 recovers. The springs 7 interposed between the bottom of the slides 11 and the journal 4 of the roller have not been shown for greater clarity.
The rolling circle 8 is shown provided with a friction lining 12 which will be, for example, "Ferodo".
The ring 9 is, as can be seen in FIG. 4, formed by a hardened steel blade rolled into a helix in the form of contiguous turns such as 13,13a ......
A series of cams or eccentrics such as 14 (fig. 3 and 4) are mounted on journals 15 each carrying a pinion 16 which meshes with a toothed ring 17 capable of turning on a bush 18 integral with the carcass which encloses the device.
If the toothed wheel 17 is rotated, which has the effect of rotating the pinions 16, the journals 15 and the cams 14 on their axis, one will push back concentrically towards the center, or one will allow to expand towards the center. outside,
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ring 9. This will reduce, or increase, the distance that the circle 8 will have to travel in the ring 9 for one revolution of the motor shaft 1, thus gradually varying the quantity of which the circle 8 will have rotated around its axis and consequently causing the ratio of the rotational speeds of the shaft 1 to the axis 10 of the circle 8 to vary progressively.
The circle 8 has two bosses 19 which penetrate (see fig. 4 and 5) into two slides 20 carried by a disc 21 provided with a central opening 32 in which the end of the motor shaft 1 passes freely and which is provided, on its other face, with bosses 23 capable of sliding in grooves 24 carried by a plate 25 mounted so as to be able to rotate on a sleeve 26 concentrically to the motor shaft 1.
The ring 21 and the plate 25 form, in combination with the bosses 19 and 23, a double screwdriver joint which allows the circle 8 to drive in its rotational movement around its center 10, the plate 25 which rotates around axis 2. The receiving shaft can be driven directly by the plate 25 or else, as shown in FIG. 4, be provided with a pinion 27 which meshes with toothed wheels, 28 mounted on two receiving shafts 29 and 30.
To constitute a discontinuous speed change, capable of achieving only a certain number of speed ratios between the motor shaft and the receiving shaft (s), it would suffice to give the ring 9 only a certain number of different spokes. . In this case, the circle 8 could be provided on the outside with a set of teeth which would engage with the corresponding teeth carried by the turns of the former.
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neau 9.
Between each speed, the toothing of circle 8 should be released from that of ring 9 and the different diameters given in stages, at ring 9, should be such that the different turns are offset by one tooth each. compared to each other. This would, for example, be obtained by crushing the springs 7, accompanied by a concomitant approach of the circle 8 towards the center 2, by an amount sufficient for the teeth to disengage from one another.
Once the ring 9 has been brought to the desired smaller or larger diameter, the springs 7 would be allowed to relax so as to re-engage the teeth of the circle 8 with that of the ring 9,
In the case where the ring 9 has only one turn or only a little more than one turn, it will not be necessary to disengage the teeth of the circle 8 from that of the ring 9, the variations in diameter of the ring 9 can then be produced while the circle 8 is not rolling on the seal of the ring 9.
In the variant shown in fig. 6 to 9, the fork fixed to the motor shaft and in which the roller moves, is replaced by a slide 34 fixed to the shaft 1 and in which can move, perpendicular to the shaft 1, a similar part 35 integral with an axis 36 capable of rotating idly, by means of ball bearings 37, inside the roller 5 of conical shape,
This roller 5 is connected to the driven shaft 30 by the cardan shaft 31, 32. 33. In the position shown in fig. 6, the roller 5 is in contact, by an adherent lining 12, with all the generatrices of a hollow cone 38 with the same opening and the same axis as the conical part 'of the roller.
Or
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cone 38 can be moved in the direction of its axis and, for this purpose, it can be provided with flanges sliding in a slide for example,
As seen in fig. 7, the slide 34 is provided, at its upper part, with a stop 41 and the part 35, at its lower part, with another stop 42 between which there is a spring 7 which tends to move them away and to slide them. therefore the part 35 relative to the slide 34. In the position of fig. 6 and 7, oc sliding can not occur since the roller 5, integral with the part 35, is in contact by all its generatrices with the cone 38. In this case, the motor shaft 1 turns idle in the ball bearing 37.
If we now assume this 3 $ cone moved, in a slide for example, the spring 7 pushes the part 35 and the roller 5 until the latter comes into contact, by one of its generators, with the inside the cone 38, as indicated in FIGS. 8 and 9. As the roller is no longer stuck in the cone 38, it follows that the rotation of the motor shaft 1 will produce the roller 5 rolling inside this cone, as in FIG. l, the roller 5 rolls inside the circle 9. The speed of rotation of roller 5 around its axis depends on the average radius of the frustoconical portion of cone 38 touched by roller 5.
Indeed, if we call R this radius mcyen and r the mean radius of the conical roller and if c is the speed of rotation of the motor shaft 1, the speed of rotation of the roller 5 around its axis is:
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:, j i ,, 1 R - il 1 d'ot it follows, being constant, that if we move the cone 38 to the right, from the position of fig. 6 for
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which R = r, the speed of rotation of the roller around its axis, and consequently that of the shaft 30, will vary from zero up to a value - always lower than the speed of rotation of the motor shaft - corresponding to the maximum radius that can be given to the large base of the cone 38.
-It should be noted that the movement of the part 35 in the slide 34, causes a displacement of the mass of the assembly roller-part 35 relative to the axis 1.
To compensate for the moment thus created, a counterweight 43 is provided, having for example the shape of a thick-walled cylinder, movable in a bore made in parts 34 and 35 and whose internal perforation allows the passage of the spring. 7.
The compensation can for example be carried out by means of a lever 44 articulated at a point 45 on the slide 34 and the ends of which are respectively coupled to a stud 46 of the part 35 and to the counterweight 43. This arrangement causes, when the part 35 slides relative to the slideway 3.4, a displacement in the opposite direction of the counterweight 43 which thus comes, by its mass suitably chosen, to compensate for the displacement of the mass of the roller with respect to - port to the axis of rotation 'Fig. 10 corresponds to the case where the device can give a resulting speed zero or even in the opposite direction to that of the motor shaft 1; likewise figs. 11 & 12.
In this case, the resulting movement is taken on an axis a at the output of a planetary gear consisting (fig. 10 and 11) by a ring b, toothed internally and externally, the rotational movement of which is controlled by the bevel roller 5, variable speed, by means of a pinion c
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fixed on the shaft 30, ta.ndis that the planetary gear d mounted idle on its axis, is controlled at constant speed by the motor shaft 1 via toothed wheels e and f and a shaft. The drive of the shaft! by the pinion d is produced by the lever arm resulting from the eccentricity of the axis of said pinion.
the resulting movement taken on a is thus maximum when the crown b of the planetary gear has its minimum speed.
11 is zero when the speed of rotation of the crown b is equal and in the opposite direction to that of the pinion ± at constant speed, assumption made that the pinions c and f are of the same diameter.
Such a device is also capable of turning the shaft a in the opposite direction to the motor shaft 1 if care is taken to size the various toothed wheels, the sun gear ring and the pinions of the device, so that the speed of the shaft a is zero for a position of the conical roller at variable speed situated at an intermediate point between the two ends of the cone 38.
Any position of the conical roller, on the one hand from this intermediate position, will give, for the shaft a, a direction of rotation in the same direction as that of the motor shaft 1 - while any position of said roller, on the other side this intermediate position will give, for the shaft a, a direction of rotation opposite to that of the motor shaft
A planetary gear is shown here with a planet gear d meshing with the crown wheel b and with the pinion f .; we could remove the pinion f and mount the pinion d on an eccentric wedged on the shaft in place of the pinion f; the pinion d would then be driven by the eccentric and roll on the internal teeth of the crown b; its rotational movement would be transmitted to the a-shaft by means of a cardan shaft.
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Likewise, instead of the cardan shaft 32 actuating
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shaft 30 directly, we could --.. - ......, -........ --- ...-.-'..- JI7- operate this shaft 30 by the cardan shaft 32 through the intermediary (fig. 12) of a pinion h meshing with a fixed ring gear i, internally toothed and mounted idle in a cage 1 wedged on the shaft 30; this makes it possible to provide the apparatus with several rollers 5, for example two rollers, each actuating, by a universal joint 32, 32a and a pinion h, h1, the cage ± mounted on the shaft 30,
It should be noted that the apparatus can operate equally well in the case where the shafts 30 or a are motors and the shaft 1 is a receiver.
The variable speed apparatus described herein can be applied to all kinds of speed variations, including lifting devices, motor cars, etc. It is conceivable that the position of the pushrods 14 or of the cone 38 is based on the resistance opposed to the rotation of the receiving shaft (s), according to a well-known theory which has recently received various applications. The apparatus will then be arranged so that: the greater the resistance offered to the rotation of the receiving shafts, the more the ring 9 will decrease in diameter and vice versa, the more the oone will offer the roller 5 a reduced or increased diameter, which will have the effect of creating an automatic gear change.
Phone. that it is designed, the apparatus lends itself particularly well to the actuation of motor vehicles, either for the replacement of the ordinary gear change, or in the form of two apparatuses in accordance with the invention and each actuating one of the two wheels, for example, the front wheels.
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By giving the ring 9 the diameter of the roller 5 or of the circle 8, the usual clutch of motor cars will be replaced.
The current steering system may, for its part, be replaced by the action of the steering wheel of the vehicle on the variation in diameter, in the opposite direction, of the rings 9 actuating the wheels or else by acting on a single rings 9 to vary its diameter,
The rear wheels of the vehicle will be in these two
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case ori8nta "blautomatically.