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Changement de vitesse à rapport de transmission variable sans échelons.
Les changements de vitesse progressifs, sans éche lons, dans' lesquels la force est transmise au moyen de corps rigides, doivent être construitsà l'aide de mécanismes d'arrêt à friction. Les types de mécanismes d'arrêt à friction proposés jusqu'ici dans ce but n'ont pas pu s'implanter dans l'industrie, parce qu'ils étaient soumis à de trop grands,efforts ou parce que leur cons truction était tellement compliquée qu'ils donnaient lieu à des dérangements continuels.
La présente invention a pour objet la construc tion et l'application d'un mécanisme d'arrêt à friction
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d'un type nouveau se prêtant bien à entrer dans la construction de changements de vi tesse progressifs.
On expliquera le principe de l'invention à l'aide de 22 figures.
Les chiffres représentant les plans de coupe sont entourés de petits cercles dans toutes les figures.
Pour caractériser l'état de l'industrie, les fige 1 et 2 sont des vues d'un changement de vitesse progressif comportant des mécanismes d'arrêt à friction de type connu. Le plateau 1 est fixé non tournant sur l'arbre moteur 2. L'arbre entraîne 3 ( indiqué en traits interrompus ) porte l'anneau 4 qui en est solidaire et qui se trouve en avant du plateau 1. Des rainures de gui- dage 5 sont pratiquées en étoile dans le plateau 1. Les mâchoires à friction 6 s'engagent dans ces rainures et sont mobiles- Un mécanisme de commande approprié d'un type quelconque presse les mâchoires à friction 6 sur la face intérieure de l'anneau 4 tant que ces mâchoires se trouvent à l'intérieur de l'angle alpha dans la fig. 1.
En dehors de l'angle alpha les mâchoires sont écartées de l'anneau 4.
La vitesse périphérique de l'anneau 4 est égale à la vitesse momentanée de celle des mâchoires à friction 6 qui se trouve appliquée au momeht envisagé. Cette vitesse momentanée varie périodiquement pendant une révolution, mais elle est suffisamment constante sur tout le parcours de l'arc. La vitesse momentanée d'une mâchoire à friction 6 est égale à la vitesse angulaire de l'arbre moteur 2, multipliée par la distance momentanée entre la mâchoire à friction envisagée 6 et l'arbre 2. Sur le parcours de l'arc alpha cette distance ne varie pas beaucoup et pour des considérations d'ensemble on peut la
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supposer égale à la distance la plus courte a. On peut faire varier cette distance a en faisant varier l'exeentricité b de l'arbre 3 par rapport à l'arbre 2.
Ceci permet de faire varier la vitesse angulaire de l'anneau 4 et de l'arbre 3, la vitesse angulaire de l'arbre moteur restant constante. On fait donc ainsi varier aussi le rapport de transmission entre les arbres 2 et 3. Un tel mécanisme exige toutefois une pression d'application tellement grande entre 4 et 6 qu'il en résulte de grandes pertes par usure et par frottement; c'est pourquoi les changements de vitesse de ce genre n'ont pu être adoptés dans l'industrie. Conformément à l'invention les mâchoires à friction 6 sont remplacées par un mécanisme d'arrét à friction et à blocage automatique, oonstitué par un plateau à surface sphérique, ou en forme de cône double ou analogue, et par une ou plusieurs couronnes dentées coaxiales ( fig. 6,7, 8,9 et 20 ) .
Lesfige 3 et 4 montrent l'insertion d'un mécanisme d'arrêt de ce genre dans un changement de vitesse qui, pour le reste, fonctionne comme celui de la fig. 1.
7 est par exemple la denture du mécanisme d'arrêt à friction, et 8 le plateau à fri ction. Le plateau à fri ction 8 s'engage dans les rainures cunéiformes 9. Ces rainures sontusinées dans lesrayons de la roue motrice 10. L'anneau entraîne 4 comporte deux dentures intérieures, qui engrènent avec la denture 7 du mécanisme d'arrêt à friction. Les axes des roues dentées 7 sont guidés dans les rainures 5 du plateau-guide 11. Tant que les roues 7 peuvent tourner librement, elles ne peuvent transmettre aucun effort à l'anneau 4, parce qu'elles peuvent rouler le long de cet anneau 4. Toutefois, lors-
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qu'elles sont freinées et immobilisées, leurs dents servent d'organes d'entrainement vis-à-visde la denture des anneaux 4.
Comme dans le mécanisme fig. 1, pour obtenir la transmission de la force, les roues dentées 7 sont freinées au passage de l'arc alpha de façon qu'elles puissent bien encore coulisser le long des rainures 5, mais qu'elles ne puissent pas tourner autour de leur propre axe par rapport au disque de guidage 11. Les roues 7 sont immbbilisées par la fixation des plateaux 8 fixés à ces roues et dont le bord est fait en forme de cône double. Les plateaux 8 sont montés entre les rayons de la roue 10. Dans les rayons de la roue 10 sont usinées des rainures de clavette 9 ou des rainures cunéiformes dans lesquelles peuvent s'engager les plateaux à friction 8.
La transmission de la force a lieu à partir de l'arbre moteur 2, qui entraine la roue 10 reliée à cet arbre par une clave tte. La roue 10 agitsur l'un des plateaux à friction 8 au moyen de l'une desrainures cunéiformes 9. Pendant la rotation de la roue 10 le plateau à friction correspondant 8 est déplacé le long de la denture de l'anneau.'4. Toutefois, comme le frottement du plateau 8 dans la rainure cunéiforme 9 empêche la roue 7 de tourner, la roue 7 entraine la denture de l'anneau 4. En choisissant convenablement l'angle de conicité du plateau à friction 8 et la proportion entre le plateau à friction 8 et la roue dentée correspondante 7 on peut obtenir le blocage automatique nécessaire pour qu'un mécanisme de ce genre fonctionne parfai tement.
Alors que la roue 10 sert uniquement à transmettre la force, le guidage des axes des roues dentées 7 est assuré par les rainures 5 du plateau 11, qui est monté à rotation sur l'arbre 2. Pour que le contact né-
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cessaire à la transmission de la force soit assuré entre le plateau à friction 8 et la rainure cunéiforme 9, la roue 10 est tendue sur le plateau 11 par le ressort de traction 12. Comme le montre la fig. 3, les intervalles entre les rayons vont en s'élargissant vers le pourtour de la roue 10. Ceci a pour effet qud seul le plateau 8 qui est le plus rapproché de l'arbre 2 peut s'appliquer dans l'une des rainures cunéiformes pratiquées dans les rayons, tandisque lesautrespeuvent tourner librement.
Ce plateau à friction assure la transmission de force entre l'arbre 2 et l'anneau 4 et par conséquent aussi l'arbre 3, par l'intermédiaire de la roue 10. Comme dans le mécanisme représenté dans la fig. 1, on fait varier le rapport de tnansmission en modifiant l'excentricité de l'arbre 3 par rapport à l'arbre 2. Ceci a pour effet de faire varier la vitesse du mécanisme d'arrêt à friction qui se trouve justement en prise, et par conséquent aussi le rapport de transmission. Comme le montre la fig. 4, la couronne dent4e 4 est double et en conséquence les roues dentées 7 le sont aussi. Les axes des roues dentées 7 traversent l'anneau 13, ce qui fait que les couronnes dentées 4 et les roues dentées 7 restent toujours en prise.
Pour plus de clarté la fig. 5 représente à une plus grande échelle une section de la fig. 3. Dans la fig. 6 le plateau à friction qui se trouve justement en prise est représente à part et le rayon dans la rainure cunéiforme duquel ce plateau s'engage est représenté en coupe. La fig. 7 montre le mécanisme d'arrêt à friction et ses deux roues dentées 7, ainsi que le plateau à friction 8 en forme de cône double. On peut utiliser aussi avec avantage des plateaux à friction à plusieurs cônes
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comme le montre la fig. 8. Si l'on donne au pourtour du plateau à friction 8 une forme très bombée, comme le montre la fig. 9, rien n'est change à son action, sauf qu'une zone conique étroite seulement porte au point de contact. La construction indiquée n'est donnée qu'à titre d'exemple de réalisation de l'invention.
Pour augmenter la régularité de la marche, on peut par exemple augmenter à volonté le nombre des mécanismes d'arrêt à friction. Avec cette construction, comme avec toutes celles qui ont été décrites jusqu'ici, il est également possible en principe de changer le sens d'action de la force, c'est-à-dire de faire en sorte que l'arbre entraîne devienne moteur, et que l'arbre moteur soit entraîna. A cause du grand frottement des axes des roues dentées 7 ou de leurs coulisseaux dans les rainures 5, la construction indiquée dans les fig. 3 et 4 ne convient que pour des mécanismes à marche lente.
La construction représentée dans les fig. 10 et 11 constitue un progrès sous ce rapport. Au lieu du mouvement rectiligne dans des rainures, on donne une forme circulaire au trajet des axes des roues dentées 7 et par conséquent aussi des plateaux à friction 8 par rapport au plateau 11. Le guidage par rainures peut alors être remplacé par un guidage à leviers dont le frottement n'est que très minime. La plateau 11 porte six chevilles 14 sur chacune desquelles est montée à rotation partielle une tige de guidage 15. De façon correspondante les rayons de la roue 10 et les rainures cunéiformes 9 sont aussi courbées en arc de cercle. Le fonctionnement du mécanisme correspond entièrement à celui du mécanisme représenté dans les fig. 3 et 4.
Pour faire varier le rapport de transmission on fait encore
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varier l'excentricité de l'arbre 3 par rapport à l'arbre 2, l'arbre 3 étant monté sur un bras 16 pouvant se mouvoir par une rotation partielle autour de la cheville fixe 17.
Les mécanismes fig. 3 et 4 et fig. 10 et 11 ont l'inconvénient que l'on rencontre des difficultés au moment où le sens d'action de la force change. Il faut premièrement que le sens d'action de la force du ressort 12 change également. Deuxièmement les plateaux à friction sont obligés de parcourir un trajet considérable pour pouvoir s'appliquer sur le rayon opposé. Pendant ce temps la transmission de la force n'est possible dans aucun sens, le mécanisme tourne à vide, puis il entre en prise par un choc qui est une cause de bruit et de détériorations. Ces inconvénients sont évités par le mode de construction représenté dans les fig. 12 et 13.
Les axes des roues dentées 7 sont encore guidés sur des tiges 15 visibles dans la fig. 13. Toutefois les rainures cunéiformes 9 ne sont plus usinées dans des rayons fixes de la roue 10; au contraire, cette roue portd également six chevilles 18 portant à leur tour des bras oscillants 19 dans les extrémités libres desquels sont usinées les rainures cunéiformes 9 assurant la transmission de la force. Chaque bras oscillant 19 porte, sur un appendice latéral 20, un galet 21 guidé dans la gorge du plateau 22. Le plateau 22 est monté sur un excentrique 23 dans la perforation intérieure duquel tourne l'arbre 3. L'arbre 3, etpar conséquent aussi l'excentrique 23, sont encore montés sur le bras oscillant l6. Dans cette construction les couronnes 4 à denture intérieure sont remplacées par deux roues 4 à denture extérieure solidaires de l'arbre 3.
De même,
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la couronne 13 entoure les axes des roues dentées 7.
Comme le plateau 22, dans la rainure duquel sont guidées les têtes des bras oscillants 19, est monté excentrique par rapport à l'arbre 3, les rainures cunéiformes usinées dans les têtes des bras oscillants 19 se trouvent à des distances différentes de leurs plateaux à friction 8, suivant leur position relative par rapport à l'excentrique 23. Un contact entre la rainure cunéiforme 9 et le plateau à friction 8, et par conséquent une transmission de force, ne sont jamais possibles que pour le plateau à friction pour lequel la distance entre le plateau à friction 8 et la rainure cunéiforme 9 est la plus petite.
Les autres plateaux ne peuvent pas s'appliquer sur les rainures cunéiformes correspondantes et ils peuvent par conséquent tourner librement. Pour le reste cette construction fonctionne toutà-fait comme les constructions représentées dans les fig. 3, 4 et 10, 11. Toutefois, comme il est possible de maintenir très petit le jeu de celui des plateaux à friction 8 qui transmet justement la force, par rapport aux rainures cunéiformes correspondantes 9, ce mécanisme permet de changer à volonté le sens d'action de la force sans risque de dérangements.
Le plateau 11 n'a plus besoin non plus d'être serré contre la roue 10 par un ressort, les plateaux s'engageant d'eux-mêmes dans les rainurescunéiformes9 par suite du frottement qui existe toujours dans les paliers, ainsi que l'ont montré des essais.
Il y a certains avantages, pour des applications particulières, à utiliser, au lieu de l'excentrique 23 et du plateau 22, une came ou un taquet comportant des organes de transmission approprias. En montant les plateaux à friction dans plusieurs plans, il est
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également possible d'augmenter sensiblement l'étendue des variations du rapport de transmission et même d'obtenir le changement du sens de rotation, cependant il ne parait pas possible de développer le mécanisme dans cette voie pour de grandes vitesses et de grandes puissances. Les efforts de masse qui se produisent deviennent notamment trop grands. C'est pourquoi il est nécessaire de modifier la construction de façon que toutes les pièces en mouvement se trouvent le plus près possible de l'arbre 2.
Comme le fonctionnement du mécanisme ainsi modifié diffère quelque peu de celui des types décrits jusqu'ici, on l'expliquera d'abord en se référant au schéma fig. 14, qui montre clairementlesrelations cinématiques. C'est avec intention que l'on n'a pas complété le dessin au point de vue de la construction, parce qu'alors le rapport cinématique serait caché par les détails de construction. Après cet expose cinématique, on décrira la construction en se référant à d'autres dessins, Ce mécanisme représente une application des mécanismes d'arrêt à friction décrits à des mécanismes à. satellites multiples.
La roue motrice 10 est réduite à une étoile à trois branches. Les plateaux à friction 8 sont montés sur un plateau rotatif 24. L'arbre de l'étoile motrice 10 est un peu excentrique par rapport au plateau 24, ce qui fait qu'il n'y a jamais qu'un plateau à friction 8, celui qui se trouve à la distance la plus petite du centre de l'étoile, qui puisse venir en prise avec les rainures cunéiformes correspondantes 9. Dans la fig. 14 c'est le plateau à friction supérieur, les deux autres plateaux pouvant tourner librement, parce qu'ils se
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trouvent à une distance suffisante des rainures cunéiformes correspondantes 9 pour qu'aucun contact ni aucun effet de freinage ne puisse se produire. Un petit pignon 7 est encore solidaire de chaque plateau à friction 8.
Toutefois ce pignon 7 n'engrené pas directement avec la roue dentée entraînée 4 ; entre le pignon 7 et la roue dentée 4 est monté un différentiel au moyen duquel on peut faire varier le rapport de transmission, ainsi qu'on le verra plus loin.
Chacun de ces différentiels est constitua par une petite roue intermédiaire 25 etune couronne dentée intérieurement et extérieurement et tournant librement.
Soit26 la denture intérieure et27 la denture extérieure. La denture 27 engrène avec la roue dentée entraînée 4. Chaque roue dentée 25 est montée sur un levier 28 oscillant autour de l'axe du pignon 7. Les leviers 28 sont des leviers coudes. A leur autre extrémité attaque, sur chaque levier, une bielle 29. Les trois bielles 29 sont montres à rotation autour de la cheville 30, qui est excentrique par rapport au plateau 24. La cheville 30 est montée sur un coulisseau 31 coulissant dans une glissière 32 fixée au bâti. On peut faire varier l'excentricité de la cheville 30 en déplaçant le coulisseau 31. lorsque le plateau 24 tourne par rapport au bâti, les leviers coudés 28 effectuent des mouvements oscillants dont la vitesse varie suivant l'excentricité de la cheville 30.
Lorsque les plateaux à friction peuvent se mouvoir librement, ce qui est le cas, dans l'exemple en question, pour les deux plateaux inférieurs, la roue dentée intermédiaire correspondante 25 roule sur la denture 26 pendant le mouvement du levier coudé 28 et la vi tesse du levier coudé 28 est transformée en une
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oscillation de rotation desplateaux à friction 8. Toutefois, lorsque l'un des plateaux à friction 8, dans le cas présent le plateau supérieur, est immbbilisé du fait que l'étoile 10 s'applique contre ce plateau, le pignon correspondant 7 ne peut plus tourner. La roue dentée intermédiaire 25 roule alors sur le pignon immobilisé 7 et transmet sa vitesse aux dentures 26 et 27 de la couronne tournant librement et, par leur intermédiaire, à la denture de la roue entraînée 4.
La vitesse de la roue entraînée 4 dépend donc du mouvement oscillant du levier 28, mouvement dont on peut faire varier l'amplitude et changer le sens en faisant varier l'excentricité de la cheville 30. On peut donc ainsi faire varier également le rapport de transmission du mécanisme en faisant varier l'excentricité de la cheville 30.
Toutefois la construction du mécanisme de la fig. 14 faitdéfaut lorsqu'il s'agit de démultiplier la vitesse très fortement, parce qu'alors la force avec laquelle le plateau à friction qui se trouve justement en prise tend à tourner dans la rainure cunéiforme de l'étoile croîtbeaucoup plus vite que la force d'application à pression entre l'étoile et le plateau à friction. En effet, la force avec laquelle le plateau à friction 8 tend à tourner dépend du moment emprunté au mécanisme et qui peut devenir très grand pour une grande démultiplication, c'est pourquoi, dans ce type de mécanisme, les plateaux à friction commencent à patiner à partir d'un rapport de transmission déterminé, ce qui fait que ce mécanisme n'estutilisable que pour une étendue déterminée de variation du rapport de transmission.
Ces inconvénients sont évités avec le type de mécanisme représenté dans la fig. 15, qui représente
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une inversion cinématique du mécanisme qui vient d'être décrit. Dans cette inversion cinématique la plupart des pièces utilisées sont identiques à celles de la fig. 14.
Toutefois, cottune le sens d'action de la force a changé, ce qui fait que les pièces mécaniques précédemment motrices sont devenues entraînées et réciproquement, ces pièces porteront de nouvelles désignations pour éviter tout risque de confusion.
Dans le mécanisme fig. 15 la roue dentée motrice 33 (précédemment 4) est reliée à la manivelle réglable 34 par un mécanisme à changement de marche non représenté, cette liaison étant telle que la manivelle et la roue dentée tournent dans des sens inverses, ce qui est indiqué dans la figure par des flèches de rotation dirigées dans des sens inverses, P1 et P2. Un excentrique 35, sur lequel l'étoile entraînée 36 (précédemment la) est montée à rotation, est solidaire de la manivelle 34 et tourne par conséquent dans le même sens.
Cet excentrique est représenté en traits interrompus.
Les plateaux à friction 8 sont encore montés dans le plateau 24 qui peut tourner. Les différentiels sont construits de la même façon que dans le mécanisme de la fig. 14, sauf que les bielles 29 partant des leviers coudés 28 aboutissent maintenant à la manivelle réglable 34. Comme dans le mécanisme représenté dans la fig. 14 le seul plateau à friction 8 pouvant transmettre de la force est celui qui se trouve à la distance la plus petite de l'étoile excentri que 36, L'étoile 36 et le plateau 24 tournent toujours à la même vitesse, étant accouplés entre eux à chaque instant par l'un des plateaux à friction 8 (celui qui est justement en prise).
La vitesse à laquelle se meut le plateau 24 dépend de la vi-
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tesse de la roue dentée motrice 33, vitesse à laquelle se superpose toutefois celle du levier ooudé 28, à cause du différentiel intermédiaire. Comme la vitesse d'oscil- lation des leviers 28 dépend du rayon de la manivelle , réglable 34, on peut la faire varier en changeant le ré- glage de cette manivelle, ce qui permet de faire varier également le rapport de transmission.
La différence de sens de rotation entre la roue dentée 33 et la manivelle 34 a pour effet que l'é- toile 36 reste immobile lorsque les vitesses effectives et opposées sont égales. 0'est pourquoi ce mécanisme perme t de démarrer sans choc à partir de la po si ti on de repos. En continuant à faire varier le rayon de la mani- velle 34 on peut aussi changer le sens de rotation de l'étoile 36. Vis-à-vis de la construction fig. 14 la construction fig. 15 a l'avantage que l'effort de fric- tion entre le plateau 8 et l'étoile 36 croTt dans la même mesure que le couple emprunté à l'étoile 36, cette étoile étant entraînée par l'intermédiaire des pla- teaux 8.
Ainsi qu'on l'a déjà dit, les fig, 14 et 15 sont des dessins purement cinématiques dans lesquels, pour des raisons de clarté, on n'a tenu aucun compte des possibilités de construction. Somme le mécanisme fig. 15 est, au point de vue technique, beaucoup plus avantageux que le mécanisme fig. 14, la représentation constructive qui va suivre sera limitée au mécanisme comportant la cinématique développée dans la fig, 15. La cinématique et le fonctionnement du mécanisme représenté dans les fige 16 à 19 correspondent entièrement à la cinématique et au fonctionnement du mécanisme de la fig. 15, sauf que les différentiel,, qui comportent une denture inté-
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rieure dans la fig. 15, sont construits sous forme de différentiels à pignons coniques.
En somme la construction du mécanisme a été étudiée en vue de n'obtenir que des efforts de masse minimes. Le changement de marche entre la manivelle 34 et la roue dentée 33 est également fait sous forme de mécanisme à pignons coniques, mais toute autre construction est possible en principe, aussi bien pour le changement de marche que pour les différentiels, pourvu qu'il s'agisse d'une construction analogue à celle d'un différentiels On décrira cette construction en se référant à la fig. 16, qui en est une coupe longitudinale*
L'arbre moteur 2 est un arbre creux. Il est solidaire du pignon conique 37 du changement de marche, de la manivelle réglable 34 et de l'excentrique 35.
L'arbre 3 est monté par son extrémité libre dans une perforation de l'arbre entraîne 3. On fait varier le rayon efficace de la manivelle 34 en déplaçant longitudinalement le manchon annulaire 38 sur lequel attaque un becde la tige 39, qui agitsur la. palier de manivelle 41 au moyen du levier intermédiaire 40. En déplaçant lon- gitudinalement le palier de manivelle 41 sur la manivelle oblique 34 on peut faire varier le rayon efficace de la manivelle et par conséquent aussi le rapport de transmission. Le pignon conique 37 est calé sur l'arbre 2 au moyen d'une clavette; il entraîne les roues de changement de marche 42, qui tournent autour de chevi-lles 43 fixées au bâti. Les roues de changement de marche 42 agissent sur la roue conique 44, qui est solidaire de la roue dentée motrice 33.
La roue dentée 33 etla roue conique 44 sont montées sur le coussinet 45, qui tourne autour de l'arbre cfeux 2. Avec la denture de la roue 33 engrène
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la denture 27, qui est solidaire de la denture de la roue conique 26. Les dentures 26 et 27 sont montées à rotation sur un appendice, en forme d'arbre creux, du levier 28, qui porte les chevilles de support des pignons coniques 25 du différentiel. Ces pignons engrènent d'une part avec la denture 26 et d'autre part avec la denture du pignon conique 7, qui est solidaire du plateau à friction 8 auquel elle est reliée par l'arbre 46, qui est monté à rotation dans la perforation du levier 28. Les arbres 46 sont montés en outre dans un bâti tournant 24 qui joue le rôle du plateau 24 dans les fig.
14 et 15. La vitesse d'oscillation réglable du levier 28 est encore transmise, au moyen des pignons coniques 25 du différentiel, aux dentures 26 et 27, sur lesquelles elle agitde la façon décrite. Les six plateaux à friction 8 agissent sur les rainures cunéiformes 9 de l'étoile entraînée 36, qui est accouplée par des chevilles 47 avec l'arbre entraîne 3. Les chevilles 47 agissent dans des trous 48 pratiqués dans l'étoile 36 et assez grands pour permettre l'excentricité entre l'étoile 36 et l'arbre entraîne 3. Les coupes 17, 18 et 19 montrent d'autres détails de la construction. La coupe 17 passe par le centre des six différentiels.
Les pignons coniques 25 sont dessinés de la façon dont ils sont montés de préfé- rence, tandis que dans la fig. 16 ils sont décalés de 90 pour montrer le flux de force. La fig. 18 est une coupe de la mani velle oblique 34 dont la glissière comporte des rainures cunéiformes pour augmenter le frottement entre la manivelle 34 et son palier 41 de façon que le mécanisme ne puisse pas se dérégler de lui-même. On reconnaît également la bielle 29 et les leviers 28 dans leur position relative. Enfin la fig. 19 est une coupe
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de l'excentrique 35. On voitqu'un seul plateau à fric- tion 8 est en prise, celui de droite en haut, avec l'é- toile 36, les cinq autres plateaux tournant librement.
Dans l'étoile 36 on reconnaît les perforations 48 et les chevilles d'accouplement 47 qui s'y trouvent logées. On peut naturellement utiliser aussi tout autre accouple- ment permettant l'excentricité de l'étoile 36.
Ainsi que cela résulte de la fig. 20, on peut naturellement aussi 'pratiquer des rainures cunéiformes dans les plateaux à friction 8; dans ce cas les rainures cunéiformes/des fig. 3 à 19 sont remplacées par des moulures prismatiques correspondantes.
Il y a certains avantages à agrandir les pla- teaux à friction 8. Toutefois, il faut alors les monter dans deux plans au moins, comme le montrent les fig. 21 et 22. La fig. 21 est un-e coupe transversale du mécanis- me fige 16, qui correspond à la fig. 19, et la fig. 22 est une vue de profil montrant le montage des plateaux à friction dans deux plans.
Il convient d'effectuer le graissage en par- tant de l'arbre central. La force centrifuge, qui agit sur l'huile contenue dans les canaux de graissage du bâti 24, facilite alors la circulation de IL'huile.
La vitesse de rotation des plateaux à friction 8 varie continuellement entre l'arrêt et un maximum. Il se produit ainsi des efforts de masse dont les efforts de réaotion agissent sur la tête de manivelle 41 par l'in- termédiaire des roues dentées 25 du différentiel, ainsi que des leviers 28 et des bielles 29 et tendent à déplacer cette tête, ces efforts tendant à augmenter le rayon de la manivelle. Ce phénomène indésirable peut être supprimé au moyen de contrepoids fixés à la manivelle 34 et dont
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l'effort centrifuge est transmis à la tête de manivelle 41, la liaison entre les contrepoids et la tête de manivelle devant être telle que les efforts centrifuges de ces contrepoids tendent à réduire le rayon de la manivelle.
Il faut naturellement que ces contrepoids changent de position pour chaque position de la tête de manivelle 41.
En conséquence ces contrepoids sont fixés à position réglable, ou à rotation, sur la manivelle 34 et la tête de manivelle réglable 41 les amène à une autre position appropriée suivant la position de cette tête sur la manivelle 34.
REVENDICATION S.
1. Changement de vitesse à rapport de transmission variable sans échelons, caractérisé en ce que l'un des arbres, par exemple l'arbre moteur (2) comporte des dentures(4, 33) tandisque l'autre arbre, par exemple l'arbre entraîné (3) est relié à des surfaces à friction (9) ame nées successivement et momentanément en contact avec des plateaux à friction (8) reliés de leur côté à des roues dentées (7) reliées continuellement, directement ou indirectement, aux dentures (4-33) de l'arbre moteur (2) et entraînant ces dentures dès qu'un mécanisme de blocage à friction (8,9) se trouve bloqué, la variation du rapport de transmission étant effectuée par la Variation de la vitesse de rotation des mécanismes de blocage ou d'arrêt à friction.
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Stepless variable transmission ratio shifting.
Gradual, step-less gear changes in which force is transmitted by means of rigid bodies must be constructed using friction stop mechanisms. The types of friction stop mechanisms proposed so far for this purpose have not been able to gain a foothold in the industry, because they were subjected to too great a strain or because their construction was so complicated. that they gave rise to continual disturbances.
The present invention relates to the construction and application of a friction stop mechanism
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of a new type which lends itself well to the construction of progressive speed changes.
The principle of the invention will be explained with the aid of 22 figures.
The numbers representing the section planes are surrounded by small circles in all the figures.
To characterize the state of the industry, figs 1 and 2 are views of a progressive gear change comprising friction stop mechanisms of known type. The plate 1 is fixed non-rotating on the motor shaft 2. The drive shaft 3 (indicated in broken lines) carries the ring 4 which is integral with it and which is located in front of the plate 1. Guide grooves 5 are formed in a star in the plate 1. The friction jaws 6 engage in these grooves and are movable. A suitable control mechanism of some type presses the friction jaws 6 on the inner face of the ring 4 as long as these jaws are inside the angle alpha in fig. 1.
Outside the alpha angle the jaws are set apart from the ring 4.
The peripheral speed of the ring 4 is equal to the momentary speed of that of the friction jaws 6 which is applied to the momeht envisaged. This momentary speed varies periodically during a revolution, but it is sufficiently constant throughout the course of the arc. The momentary speed of a friction jaw 6 is equal to the angular speed of the motor shaft 2, multiplied by the momentary distance between the envisaged friction jaw 6 and the shaft 2. On the path of the arc alpha this distance does not vary much and for general considerations we can
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assume equal to the shortest distance a. This distance a can be varied by varying the exeentricity b of shaft 3 with respect to shaft 2.
This makes it possible to vary the angular speed of the ring 4 and of the shaft 3, the angular speed of the motor shaft remaining constant. The transmission ratio between the shafts 2 and 3 is therefore also varied in this way. Such a mechanism, however, requires an application pressure so great between 4 and 6 that it results in great losses by wear and by friction; therefore, speed changes of this kind could not be adopted in the industry. According to the invention, the friction jaws 6 are replaced by a friction stop mechanism with automatic locking, oonstituted by a plate with a spherical surface, or in the form of a double cone or the like, and by one or more coaxial toothed rings. (fig. 6,7, 8,9 and 20).
Figs 3 and 4 show the insertion of a stop mechanism of this kind in a speed change which, for the rest, functions like that of fig. 1.
7 is, for example, the teeth of the friction stop mechanism, and 8 the fri ction plate. The fri ction plate 8 engages in the wedge-shaped grooves 9. These grooves are machined in the spokes of the driving wheel 10. The drive ring 4 has two internal teeth which mesh with the teeth 7 of the friction stop mechanism. The axes of the toothed wheels 7 are guided in the grooves 5 of the guide plate 11. As long as the wheels 7 can turn freely, they cannot transmit any force to the ring 4, because they can roll along this ring. 4. However, when
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that they are braked and immobilized, their teeth serve as drive members vis-à-vis the toothing of the rings 4.
As in the mechanism fig. 1, to obtain the transmission of the force, the toothed wheels 7 are braked when passing the alpha arc so that they can still slide along the grooves 5, but that they cannot turn around their own axis relative to the guide disc 11. The wheels 7 are immobilized by the fixing of the plates 8 fixed to these wheels and whose edge is made in the form of a double cone. The plates 8 are mounted between the spokes of the wheel 10. In the spokes of the wheel 10 are machined keyways 9 or wedge-shaped grooves in which the friction plates 8 can engage.
The transmission of force takes place from the motor shaft 2, which drives the wheel 10 connected to this shaft by a head key. The wheel 10 moves on one of the friction plates 8 by means of one of the wedge-shaped grooves 9. During the rotation of the wheel 10 the corresponding friction plate 8 is moved along the teeth of the ring. '4. However, as the friction of the plate 8 in the wedge-shaped groove 9 prevents the wheel 7 from turning, the wheel 7 drives the teeth of the ring 4. By suitably choosing the angle of taper of the friction plate 8 and the proportion between the friction plate 8 and the corresponding toothed wheel 7 it is possible to obtain the automatic locking necessary for a mechanism of this type to function perfectly.
While the wheel 10 serves only to transmit force, the guiding of the axes of the toothed wheels 7 is provided by the grooves 5 of the plate 11, which is rotatably mounted on the shaft 2. So that the contact ne-
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necessary for the transmission of the force to be ensured between the friction plate 8 and the wedge-shaped groove 9, the wheel 10 is tensioned on the plate 11 by the tension spring 12. As shown in FIG. 3, the intervals between the spokes widen towards the periphery of the wheel 10. This has the effect that only the plate 8 which is closest to the shaft 2 can be applied in one of the wedge-shaped grooves. in the shelves, while the others can rotate freely.
This friction plate ensures the transmission of force between the shaft 2 and the ring 4 and therefore also the shaft 3, via the wheel 10. As in the mechanism shown in FIG. 1, the transmission ratio is varied by modifying the eccentricity of the shaft 3 with respect to the shaft 2. This has the effect of varying the speed of the friction stop mechanism which is precisely in engagement, and therefore also the transmission ratio. As shown in fig. 4, the ring gear 4 is double and consequently the toothed wheels 7 are also double. The axes of the toothed wheels 7 pass through the ring 13, which means that the toothed rings 4 and the toothed wheels 7 always remain in engagement.
For greater clarity, fig. 5 shows on a larger scale a section of FIG. 3. In fig. 6 the friction plate which is precisely engaged is shown separately and the radius in the wedge-shaped groove from which this plate engages is shown in section. Fig. 7 shows the friction stop mechanism and its two toothed wheels 7, as well as the friction plate 8 in the form of a double cone. Friction plates with several cones can also be used with advantage.
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as shown in fig. 8. If we give the periphery of the friction plate 8 a very convex shape, as shown in fig. 9, nothing is changed in its action, except that a narrow conical zone only bears at the point of contact. The construction indicated is given only as an example of embodiment of the invention.
To increase the regularity of walking, one can for example increase at will the number of friction stop mechanisms. With this construction, as with all those which have been described so far, it is also possible in principle to change the direction of action of the force, that is to say to make the shaft entraining become motor, and the motor shaft is driven. Due to the great friction of the axes of the toothed wheels 7 or of their slides in the grooves 5, the construction shown in fig. 3 and 4 are only suitable for slow running mechanisms.
The construction shown in Figs. 10 and 11 constitute progress in this respect. Instead of the rectilinear movement in the grooves, the path of the axes of the toothed wheels 7 and therefore also of the friction plates 8 relative to the plate 11 is given a circular shape. The guide by grooves can then be replaced by a guide with levers. whose friction is only very minimal. The plate 11 carries six pins 14 on each of which is mounted in partial rotation a guide rod 15. Correspondingly, the spokes of the wheel 10 and the wedge-shaped grooves 9 are also curved in an arc of a circle. The operation of the mechanism corresponds entirely to that of the mechanism shown in FIGS. 3 and 4.
To vary the transmission ratio we still make
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vary the eccentricity of the shaft 3 with respect to the shaft 2, the shaft 3 being mounted on an arm 16 which can move by a partial rotation around the fixed pin 17.
The mechanisms fig. 3 and 4 and fig. 10 and 11 have the drawback that one encounters difficulties when the direction of action of the force changes. First, the direction of action of the force of the spring 12 must also change. Secondly, the friction plates are obliged to travel a considerable distance in order to be able to apply on the opposite radius. During this time the transmission of the force is not possible in any direction, the mechanism turns empty, then it engages by a shock which is a cause of noise and damage. These drawbacks are avoided by the construction method shown in FIGS. 12 and 13.
The axes of the toothed wheels 7 are still guided on rods 15 visible in FIG. 13. However, the wedge-shaped grooves 9 are no longer machined in fixed spokes of the wheel 10; on the contrary, this wheel also portd six pegs 18 carrying in turn oscillating arms 19 in the free ends of which are machined the wedge-shaped grooves 9 ensuring the transmission of the force. Each oscillating arm 19 carries, on a lateral appendage 20, a roller 21 guided in the groove of the plate 22. The plate 22 is mounted on an eccentric 23 in the inner perforation of which the shaft 3. The shaft 3 turns, and consequently also the eccentric 23, are still mounted on the swing arm 16. In this construction, the rings 4 with internal teeth are replaced by two wheels 4 with external teeth secured to the shaft 3.
Likewise,
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the crown 13 surrounds the axes of the toothed wheels 7.
As the plate 22, in the groove of which the heads of the oscillating arms 19 are guided, is mounted eccentric with respect to the shaft 3, the wedge-shaped grooves machined in the heads of the oscillating arms 19 are located at different distances from their plates at friction 8, according to their relative position with respect to the eccentric 23. A contact between the wedge-shaped groove 9 and the friction plate 8, and consequently a transmission of force, are never possible except for the friction plate for which the friction plate. distance between the friction plate 8 and the wedge-shaped groove 9 is the smallest.
The other plates cannot be applied on the corresponding wedge-shaped grooves and they can therefore rotate freely. For the rest, this construction works quite like the constructions shown in FIGS. 3, 4 and 10, 11. However, since it is possible to keep the play of that of the friction plates 8, which precisely transmits the force, very small, with respect to the corresponding wedge-shaped grooves 9, this mechanism makes it possible to change the direction at will. action of force without risk of disturbance.
The plate 11 no longer needs to be clamped against the wheel 10 by a spring either, the plates engaging themselves in the wedge-shaped grooves9 as a result of the friction which still exists in the bearings, as well as the have shown trials.
There are certain advantages, for particular applications, of using, instead of the eccentric 23 and the plate 22, a cam or a cleat having suitable transmission members. By mounting the friction plates in several planes, it is
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It is also possible to significantly increase the range of variations in the transmission ratio and even to obtain the change in the direction of rotation, however it does not seem possible to develop the mechanism in this way for high speeds and high powers. In particular, the mass efforts which occur become too great. This is why it is necessary to modify the construction so that all moving parts are as close as possible to shaft 2.
As the operation of the mechanism thus modified differs somewhat from that of the types described so far, it will be explained first with reference to the diagram in fig. 14, which clearly shows the kinematic relationships. It is with intention that the drawing was not completed from the point of view of the construction, because then the kinematic relation would be hidden by the construction details. After this kinematic discussion, the construction will be described with reference to other drawings. This mechanism represents an application of the described friction stop mechanisms to mechanisms. multiple satellites.
The driving wheel 10 is reduced to a three-pointed star. The friction plates 8 are mounted on a rotating plate 24. The shaft of the driving star 10 is a little eccentric with respect to the plate 24, so that there is only ever one friction plate 8. , that which is at the smallest distance from the center of the star, which can engage with the corresponding wedge-shaped grooves 9. In fig. 14 is the upper friction plate, the other two plates can turn freely, because they are
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are at a sufficient distance from the corresponding wedge-shaped grooves 9 so that no contact or any braking effect can occur. A small pinion 7 is still attached to each friction plate 8.
However, this pinion 7 does not mesh directly with the driven toothed wheel 4; between pinion 7 and toothed wheel 4 is mounted a differential by means of which the transmission ratio can be varied, as will be seen below.
Each of these differentials is constituted by a small intermediate wheel 25 and a ring geared internally and externally and rotating freely.
Either26 the internal teeth and27 the external teeth. The toothing 27 meshes with the driven toothed wheel 4. Each toothed wheel 25 is mounted on a lever 28 oscillating around the axis of the pinion 7. The levers 28 are elbow levers. At their other end attacks, on each lever, a connecting rod 29. The three connecting rods 29 are rotated around the peg 30, which is eccentric with respect to the plate 24. The peg 30 is mounted on a slide 31 sliding in a slideway. 32 fixed to the frame. The eccentricity of the pin 30 can be varied by moving the slide 31. When the plate 24 rotates relative to the frame, the bent levers 28 perform oscillating movements, the speed of which varies according to the eccentricity of the pin 30.
When the friction plates can move freely, which is the case, in the example in question, for the two lower plates, the corresponding intermediate toothed wheel 25 rolls on the teeth 26 during the movement of the bent lever 28 and the vi tess of the angled lever 28 is transformed into a
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rotation oscillation of the friction plates 8. However, when one of the friction plates 8, in this case the upper plate, is immobilized because the star 10 is pressed against this plate, the corresponding pinion 7 cannot more turn. The intermediate toothed wheel 25 then rolls on the immobilized pinion 7 and transmits its speed to the teeth 26 and 27 of the freely rotating ring gear and, through them, to the teeth of the driven wheel 4.
The speed of the driven wheel 4 therefore depends on the oscillating movement of the lever 28, the amplitude of which can be varied and the direction changed by varying the eccentricity of the pin 30. It is therefore also possible to vary the ratio of transmission of the mechanism by varying the eccentricity of the ankle 30.
However, the construction of the mechanism of FIG. 14 is lacking when it comes to reducing the speed very strongly, because then the force with which the friction plate which is just engaged tends to turn in the wedge-shaped groove of the star increases much faster than the force. pressure application between the star and the friction plate. Indeed, the force with which the friction plate 8 tends to turn depends on the moment borrowed from the mechanism and which can become very large for a large reduction, which is why, in this type of mechanism, the friction plates start to slip. from a determined transmission ratio, which means that this mechanism can only be used for a determined range of variation of the transmission ratio.
These drawbacks are avoided with the type of mechanism shown in fig. 15, which represents
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a kinematic inversion of the mechanism which has just been described. In this kinematic inversion, most of the parts used are identical to those in fig. 14.
However, cottune the direction of action of the force has changed, so that the previously driving mechanical parts have become driven and vice versa, these parts will bear new designations to avoid any risk of confusion.
In the mechanism fig. 15 the driving toothed wheel 33 (previously 4) is connected to the adjustable crank 34 by a shift mechanism not shown, this connection being such that the crank and the toothed wheel rotate in opposite directions, as indicated in the figure. is shown by rotation arrows pointing in opposite directions, P1 and P2. An eccentric 35, on which the driven star 36 (previously 1a) is mounted for rotation, is integral with the crank 34 and therefore rotates in the same direction.
This eccentric is shown in broken lines.
The friction plates 8 are still mounted in the plate 24 which can turn. The differentials are constructed in the same way as in the mechanism of fig. 14, except that the connecting rods 29 from the angled levers 28 now end at the adjustable crank 34. As in the mechanism shown in FIG. 14 the only friction plate 8 that can transmit force is the one that is at the smallest distance from the eccentric star 36, the star 36 and the plate 24 always rotate at the same speed, being coupled to each other at any time by one of the friction plates 8 (the one which is precisely engaged).
The speed at which the plate 24 moves depends on the speed
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tess of the driving toothed wheel 33, speed to which is however superimposed that of the elbow lever 28, because of the intermediate differential. As the oscillation speed of the levers 28 depends on the radius of the adjustable crank 34, it can be varied by changing the setting of this crank, which also makes it possible to vary the transmission ratio.
The difference in direction of rotation between the toothed wheel 33 and the crank 34 causes the star 36 to remain stationary when the effective and opposite speeds are equal. This is why this mechanism allows starting without shock from the resting point. By continuing to vary the radius of the crank 34, it is also possible to change the direction of rotation of the star 36. With respect to the construction fig. 14 construction fig. 15 has the advantage that the friction force between the plate 8 and the star 36 increases to the same extent as the torque taken from the star 36, this star being driven by the intermediary of the plates 8 .
As has already been said, FIGS. 14 and 15 are purely kinematic drawings in which, for reasons of clarity, no account has been taken of the construction possibilities. Sum the mechanism fig. 15 is, from a technical point of view, much more advantageous than the mechanism FIG. 14, the constructive representation which will follow will be limited to the mechanism comprising the kinematics developed in fig, 15. The kinematics and operation of the mechanism shown in figs 16 to 19 correspond entirely to the kinematics and to the operation of the mechanism of fig. 15, except that the differential ,, which has internal toothing
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higher in fig. 15, are constructed as bevel gear differentials.
In short, the construction of the mechanism has been studied with a view to obtaining only minimal mass forces. The change of gear between the crank 34 and the toothed wheel 33 is also made in the form of a bevel gear mechanism, but any other construction is possible in principle, both for the change of gear and for the differentials, provided that it s 'acts of a construction similar to that of a differentials. This construction will be described with reference to FIG. 16, which is a longitudinal section *
The motor shaft 2 is a hollow shaft. It is integral with the bevel pinion 37 of the gear change, the adjustable crank 34 and the eccentric 35.
The shaft 3 is mounted by its free end in a perforation of the drive shaft 3. The effective radius of the crank 34 is varied by moving the annular sleeve 38 longitudinally on which attacks a nose of the rod 39, which acts on the. crank bearing 41 by means of the intermediate lever 40. By moving the crank bearing 41 lengthwise on the oblique crank 34 it is possible to vary the effective radius of the crank and therefore also the transmission ratio. The bevel gear 37 is wedged on the shaft 2 by means of a key; it drives the gear change wheels 42, which rotate around the pegs 43 fixed to the frame. The gear shift wheels 42 act on the bevel wheel 44, which is integral with the driving toothed wheel 33.
The toothed wheel 33 and the bevel wheel 44 are mounted on the bearing 45, which rotates around the two shaft 2. With the toothing of the wheel 33 meshes
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the toothing 27, which is integral with the toothing of the bevel gear 26. The toothings 26 and 27 are rotatably mounted on an appendix, in the form of a hollow shaft, of the lever 28, which carries the support pins for the bevel gears 25 of the differential. These pinions mesh on the one hand with the toothing 26 and on the other hand with the toothing of the bevel pinion 7, which is integral with the friction plate 8 to which it is connected by the shaft 46, which is rotatably mounted in the perforation. of lever 28. The shafts 46 are furthermore mounted in a rotating frame 24 which acts as the plate 24 in FIGS.
14 and 15. The adjustable oscillation speed of the lever 28 is further transmitted, by means of the bevel gears 25 of the differential, to the teeth 26 and 27, on which it acts as described. The six friction plates 8 act on the wedge-shaped grooves 9 of the driven star 36, which is coupled by pins 47 with the driven shaft 3. The pins 47 act in holes 48 made in the star 36 and quite large to allow the eccentricity between star 36 and shaft drives 3. Sections 17, 18 and 19 show other details of the construction. Cut 17 goes through the center of the six differentials.
The bevel gears 25 are drawn the way they are preferably mounted, while in fig. 16 they are offset by 90 to show the flow of force. Fig. 18 is a section of the oblique crank 34 whose slide comprises wedge-shaped grooves to increase the friction between the crank 34 and its bearing 41 so that the mechanism cannot go out of order on its own. We also recognize the connecting rod 29 and the levers 28 in their relative position. Finally, fig. 19 is a cut
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of the eccentric 35. It can be seen that a single friction plate 8 is engaged, the one on the right at the top, with the star 36, the other five plates rotating freely.
In the star 36 we recognize the perforations 48 and the coupling pins 47 which are housed therein. We can of course also use any other coupling allowing the eccentricity of star 36.
As follows from FIG. 20, it is of course also possible to make wedge-shaped grooves in the friction plates 8; in this case the wedge-shaped grooves / of fig. 3 to 19 are replaced by corresponding prismatic moldings.
There are certain advantages to enlarging the friction plates 8. However, then they must be mounted in at least two planes, as shown in figs. 21 and 22. Fig. 21 is a cross section of the freeze mechanism 16, which corresponds to FIG. 19, and fig. 22 is a side view showing the mounting of the friction plates in two planes.
Lubrication should be carried out starting from the central shaft. The centrifugal force, which acts on the oil contained in the lubricating channels of the frame 24, then facilitates the circulation of the oil.
The speed of rotation of the friction plates 8 varies continuously between a stop and a maximum. Mass forces are thus produced, the reaction forces of which act on the crank head 41 via the toothed wheels 25 of the differential, as well as the levers 28 and the connecting rods 29 and tend to move this head, these efforts tending to increase the radius of the crank. This undesirable phenomenon can be suppressed by means of counterweights fixed to the crank 34 and of which
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the centrifugal force is transmitted to the crank head 41, the connection between the counterweights and the crank head having to be such that the centrifugal forces of these counterweights tend to reduce the radius of the crank.
These counterweights must naturally change position for each position of the crank head 41.
Consequently, these counterweights are fixed in an adjustable position, or in rotation, on the crank 34 and the adjustable crank head 41 brings them to another suitable position depending on the position of this head on the crank 34.
CLAIM S.
1. Gear shifting with stepless variable transmission ratio, characterized in that one of the shafts, for example the motor shaft (2) has teeth (4, 33) while the other shaft, for example the driven shaft (3) is connected to friction surfaces (9) successively and momentarily brought into contact with friction plates (8) connected on their side to toothed wheels (7) connected continuously, directly or indirectly, to the toothings (4-33) of the motor shaft (2) and driving these teeth as soon as a friction locking mechanism (8,9) is blocked, the variation of the transmission ratio being effected by the variation of the speed of rotation of locking or friction stop mechanisms.