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Perfectionnements aux mécanismes de changement devitesse.
On connaît le principe de produire un rapport de transmission variable de manière continue entre un arbre entraîneur et un arbre entraîné en employant une came à excentricité variable actionnée par l'arbre moteur. Le mouve- ment rotatif se transmet avec un rayon variant avec l'excen- tricité de l'axe de la came, à l'arbre entraîné dont la vi- tesse de mouvement est ainsi une fonction de l'excentricité.
Les dispositifs servant à réaliser ce principe com- prennent en substance les éléments suivants:
1) un arbre moteur
2) une came à excentricité variable
3) des organes pour transmettre le mouvement de la came à l'arbre entraîné.
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4) un arbre entraîné.
Le nombre d'organes transmettant le mouvement dépend du degré d'uniformité de transmission voulu et ils comportent habituellement un mécanisme de roue libre.
Suivant la présente invention, on utilise le prin- cipe précité avec certaines modifications essentielles aux divers organes formant le système, grâce auxquelles on débar- rasse chacun de ces organes des défauts qui, jusqu'à présent, ont empêché la réalisation pratique des appareils proposés jusqu'ici.
Les difficultés caractéristiques du problème sont les suivantes:
1) lorsqu'on emploie une came à excentricité va- riable, la question de l'équilibre dynamique pour toute excen- tricité revêt une importance vitale, étant donné qu'un défaut d'équilibre des masses rend impraticable toute application du système, tandis que suivant la présente invention on ob- tient une disposition spéciale des masses, telle que l'équi- libre dynamique soit assuré pour toute excentricité.
2) Les solutions du problème, proposées jusqu'à présent, exigeaient des éléments de dimensions notables en comparaison de la puissance de la transmission et il en ré- sultait des efforts produits par les masses mobiles de dif- férentes manières. Suivant la présente invention, les diverses masses ne subissent, grâce à leur construction, que des ef- forts très limités, et par suite les dimensions du mécanisme sont réduites et les diverses masses mobiles se trouvent elles aussi diminuées.
3) La transmission du mouvement de l'arbre à excen- trique à l'arbre entraîné est opéré, dans les mécanismes exis- tants, par des organes auxquels les effets dynamiques et le frottement font subir de notables efforts. La présente inven- tion utilise un nouveau dispositif de roue libre dans lequel ces efforts sont réduits au minimum, ce qui permet de diminuer
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les dimensions.
Pour que l'invention puisse être comprise plus clai- rement, on la décrira ci-après à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une coupe axiale d'un dispositif cons- truit conformément à l'invention, tandis que
Figs. 2, 3 et 4 sont des schémas explicatifs.
Fig. 5 est une coupe transversale suivant la ligne.
V-V de la Fig. 1, -Fig. 6 est une coupe transversale suivant la ligne VI-VI de la Fig. 2,
Fig. 7 est une variante du dispositif représenté sur la Fig. 1.
L'appareil faisant l'objet de la présente invention comprend quatre parties ou éléments fondamentaux (Figs. 1, 5 et 6), savoir
1) un arbre moteur 1 portant une came 4 et un dis- positif 2, 3 pour faire varier l'excentricité de celle-ci;
2) un accouplement constituant une liaison avec le carter ou palier 5;
3) un élément à portée 6 monté fou sur la came et relié à l'accouplement de manière que chaque point de celui-ci décrive un cercle d'un rayon égal à celui de l'arbre excen- trique, et à une vitesse angulaire égale à tout moment à celle du dit arbre.
Cet élément comporte sur la face latérale opposée à l'accouplement des rainures radiales 7 dans lesquel- les sont engagés des pivots ou goujons coulissants 9 reliés à sens unique, par un accouplement de roue libre, à l'arbre entraîné;
4) un arbre entraîné 8 actionné par le troisième élément 6 par l'intermédiaire de liaison 9, 10. La première question à résoudre est évidemment celle d'équilibrer les masses disposées excentriquement, et cette solution est ri-
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goureuse. Pour l'expliquer, on se référera à la Fig. 2.
Soit M le pivot de came qu'on peut, par un mouvement angulaire autour de l'axe C-D, amener à une distance différente de l'axe de rotation principal A-B. On suppose que la masse excentrique soit concentrée en M. Pour obtenir l'équilibre dynamique, il est nécessaire que pendant la rotation autour de A-B, à tout moment, le système de forces centrifuges des masses mobiles ait une résultante égale à zéro. Soit m la masse excen- trique concentrée en M et soit une autre masse m' solidaire de la première masse et située en M', sur le diamètre OM, à une distance R de 0.
En écrivant que la somme des composantes de la force centrifuge suivant l'axe 0-X est égale à zéro, on obtient avec les symboles indiqués sur la figure l'équation suivante : m r sin 9 = ml.R. sin 9 d'où ml = m r/R
R
Lorsque la masse m' répond à cette relation, la ré- sultante des forces centrifuges a suivant l'axe 0' - 0 une com- posante constante par rapport à l'angle de rotation.
En effet, cette composante s'avère proportionnelle à l'expression r m (1 - cos 0) + m' (R cos 9 + r) = (m + m')r = constante.
Cette composante, indépendante de 0, peut évidemment être compensée par une masse m" solidaire de l'arbre princi- pal et située sur le rayon 0 O2 à une distance R2, en M2, de manière à satisfaire à l'équation m" R2 = (m + m')r. De cette façon, ou avec cette répartition des masses, les masses soumises à la force centrifuge sont toujours en équilibre, quelle que soit l'excentricité, c'est-à-dire la position occupée par le point M1.
Quant au dispositif, il est à noter que grâce à l'accouplement entre la came ou pivot excentrique et le troi- sième élément 6 de la Fig. l, chaque point de cet élément
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décrit un cercle égal à celui décrit par le pivot excentrique.
Le mouvement de ce troisième élément se transmet à l'arbre entraîné par l'intermédiaire de rainures, creusées dans cet élément, qui poussent des pivots 9, 10 reliés à sens unique à l'arbre entraîné. L'accouplement précité imprime à l'arbre entraîné une vitesse sensiblement uniforme. A la limite, il peut être affirmé théoriquement qu'en multipliant le nombre de pivots 9 d'accouplement à sens unique et en faisant en sorte que, grâce au sens unique de l'accouplement, le mouve- ment se transmette par des arcs infiniment petits, la trans- mission peut s'opérer à vitesse constante, étant donné qu'un pivot est toujours suivi d'un pivot adjacent infiniment rap- proché. Pour donner une idée de la régularité du mouvement qu'on peut ainsi obtenir, la Fig. 3 montre le cercle de centre 0, décrit par les rainures 7 accouplées aux pivots à sens unique.
Au moment considéré il y a en 0 un point d'attaque d'un pivot.
Quand la rainure commandant le pivot décrit un arc d'un angle - le point 0 passe en P en décrivant sur la circonférence de rayon R un angle/3 tel que
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sin 0( - R sin r où r est le rayon d'excentricité, et par suite ss = arc sin (r/R.sin [alpha] ). Comme on le voit, a vitesse angulaire #', de l'arbre entrainé, facile à déduire, varie avec l'angle 0( qui définit l'arc suivant lequel la rainure transmet un mouvement au pivot à sens unique. On comprend facilement que lorsqu'on désire obtenir une certaine valeur maximum de variation de vitesse, la formule écrite ci-dessus donne l'angle sur l'éten- due duquel on doit se servir du couple rainure-pivot pour la transmission du mouvement.
Pour une uniformité voulue, on trouve aussi de manière bien déterminée le nombre de couples à aménager pour procurer cette uniformité de mouvement. Les particularités caractéristiques de l'accouplement à sens unique reliant l'élément 6 (Fig. 1) à l'arbre 8 sont représentées sur
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la Fig. 4. Le pivot l' (Fig. 4) accouplé à l'élément 6 (Fig.l) est solidaire d'un patin 2' (Fig. 4) se déplaçant dans une rainure 3'. Pendant le mouvement du pivot l' dans le sens de la flèche'5', la face inclinée 4' vient en contact avec la face également inclinée d'un autre patin 8' se déplaçant en 9'.
Ce deuxième patin 8' comporte deux autres surfaces inclinées 10' attaquant des plans parallèles de la rainure, de sorte que l'élément 10 est entraîné par friction conjointement avec l'arbre sous l'action du pivot 1'. Le fonctionnement du système comme dispositif de roue libre est évident. L'avantage du système réside dans la sûreté de la transmission, celle-ci étant assurée par les réactions R1 et R2 qui sont notables en comparaison des forces F1 et F2.
Les inclinaisons des diverses faces sont telles qu'elles constituent des systèmes réversibles avec les sièges respectifs. Tous les éléments décrits ci-dessus, qui assurent avec la régularité nécessaire la transmission du mouvement en- tre les éléments 9 et 10 de la Fig. 1, peuvent trouver de la place dans une seule couronne circulaire avec des avantages certains quant au dimensionnement.
La forme d'exécution de l'invention, décrite ci- dessus (Figs. 1, 5 et 6) fonctionne comme mécanisme démulti- plicateur ; en effet, le carter est fixe, tandis;que l'arbre entraîneur tourne à une vitesse angulaire transmise avec dé- multiplication à l'arbre entraîné, et le rapport de démulti- plication est déterminé par le degré d'excentricité d'un or- gane intercalé entre les deux arbres. La vitesse de l'arbre entraîné diminue avec l'excentricité et se ramène à zéropour une excentricité nulle.
Toutefois, il est à remarquer qu'on peut faire fonc- tionner le même dispositif comme multiplicateur de vitesse angulaire si l'on maintient fixe l'arbre entraîneur et fait tourner le carter. Dans ce cas, pour une excentricité nulle
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dudit organe, la vitesse angulaire de l'arbre entraîné est égale à la vitesse du carter et elle augmente quand l'excen- tricité croit.
Comme pour certaines fins pratiques il n'est guère commode d'imprimer le mouvement d'entraînement au carter du mécanisme décrit avec référence aux Figs. 1, 5 et 6, on peut en créer une variante selon laquelle, tout en gardant inchangée la construction du mécanisme, on intervertit les fonctions et les éléments correspondants de l'arbre entraîneur et du carter, de manière à procurer un groupe dans lequel le carter est fixe, tandisque l'arbre entraîneur commande l'arbre entraîné ' par l'intermédiaire d'un dispositif à excentricité variable en imprimant à l'arbre entraîné une vitesse égale ou supé- rieure en rapport avec la grandeur donnée à l'excentricité.
Une forme d'exécution de cette variante est repré- sentée sur la Fig. 7 qui représente schématiquement, en coupe axiale,un multiplicateur de vitesse à variation progressive du rapport de multiplication.
L'arbre entraîneur 11 est supporté dans le carter 12 par des roulements à billes 13. L'arbre entraîneur comporte.à son extrémité intérieure un plateau 14, des rainures 15 étant creusées suivant le diamètre de ce plateau. Dans ces rainures sont engagés des crabots 16 d'un -élément 17. Cet élément com- porte à son autre face des rainures ou guides 18 dont la di- rection fait un angle de 90 avec la direction du diamètre passant par les crabots 16.
Dans les rainures 18 sont engagés des crabots 19 d'un plateau 20 rendu solidaire d'un organe 21 par le tourillon ou pivot 22. L'organe 21 est creusé de rainures ou guides radiaux 25 dans lesquels sont engagés les pivots 24 comman- dant les blocs 25 du mécanisme de roue libre 26 qui est monté sur l'arbre entraîné 17 supporté par des roulements à billes 28.
De préférence, les rainures ou guides radiaux 23 sont disposés
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en croix. Sur le tourillon 22 solidaire du plateau 20 et de l'organe 21 est monté avec interposition d'un roulement à billes 30 un collier 29 qui, sous l'action d'un levier de commande 31, impose l'excentricité de l'axe de l'élément 20-21- 22 par rapport au système.
Pendant le fonctionnement, quand l'axe de l'élément 20-21-22 coïncide avec l'axe commun des arbres 11 et 27, le système entier tourne à la même vitesse angulaire que l'arbre 11, tandis que le carter est immobile ; contraire, quand l'axe de l'élément 20-21-22 est rendu excentrique à l'aide du levier de commande 31, par rapport au carter 12, et, partant, par rapport aux parties rotatives du mécanisme, il s'établit un rapport de multiplication de vitesse angulaire entre les deux arbres 11 et 17 en fonction de l'excentricité de ces élé- ments 10-11-12. Dans ce cas la direction de l'excentricité par rapport au carter 12 est fixe, tandisque dans le cas de la Fig. 1 cette direction tournait avec l'arbre entraîneur et le complexe d'organes munis de guides en croix était fixe angulairement.
La présente invention a été représentée et décrite avec référence à une forme d'exécution schématique, mais il est clair qu'on peut y apporter en pratique de nombreux change- ments sans sortir du cadre de l'invention.
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Improvements in gear change mechanisms.
The principle is known of producing a continuously variable transmission ratio between a drive shaft and a driven shaft by employing a variable eccentricity cam actuated by the drive shaft. The rotary movement is transmitted with a radius varying with the eccentricity of the axis of the cam, to the driven shaft whose speed of movement is thus a function of the eccentricity.
The devices used to achieve this principle consist in substance of the following elements:
1) a motor shaft
2) a variable eccentricity cam
3) members for transmitting the movement of the cam to the driven shaft.
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4) a driven shaft.
The number of members transmitting motion depends on the degree of transmission uniformity desired and they usually include a freewheel mechanism.
According to the present invention, the aforementioned principle is used with certain essential modifications to the various members forming the system, by virtue of which each of these members is freed from the defects which, until now, have prevented the practical realization of the devices proposed. so far.
The characteristic difficulties of the problem are as follows:
1) When employing a variable eccentricity cam, the question of dynamic equilibrium for any eccentricity is of vital importance, since a lack of mass balance makes any application of the system impractical, while that according to the present invention a special arrangement of the masses is obtained, such that dynamic equilibrium is ensured for any eccentricity.
2) The solutions of the problem, proposed so far, required elements of notable dimensions in comparison with the power of the transmission and this resulted in the forces produced by the moving masses in different ways. According to the present invention, the various masses undergo, by virtue of their construction, only very limited forces, and consequently the dimensions of the mechanism are reduced and the various mobile masses are themselves also reduced.
3) The transmission of the movement from the eccentric shaft to the driven shaft is operated, in the existing mechanisms, by members to which the dynamic effects and the friction subject significant forces. The present invention uses a new freewheel device in which these forces are reduced to a minimum, which makes it possible to reduce
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the dimensions.
In order that the invention may be understood more clearly, it will be described below by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is an axial section of a device constructed in accordance with the invention, while
Figs. 2, 3 and 4 are explanatory diagrams.
Fig. 5 is a cross section along the line.
V-V of FIG. 1, -Fig. 6 is a cross section taken on the line VI-VI of FIG. 2,
Fig. 7 is a variant of the device shown in FIG. 1.
The apparatus which is the object of the present invention comprises four fundamental parts or elements (Figs. 1, 5 and 6), namely
1) a motor shaft 1 carrying a cam 4 and a device 2, 3 for varying the eccentricity of the latter;
2) a coupling constituting a connection with the housing or bearing 5;
3) an element with seat 6 mounted idle on the cam and connected to the coupling so that each point of the latter describes a circle with a radius equal to that of the eccentric shaft, and at an angular speed equal at all times to that of said tree.
This element comprises on the lateral face opposite to the coupling radial grooves 7 in which are engaged sliding pivots or studs 9 connected in one direction, by a freewheel coupling, to the driven shaft;
4) a driven shaft 8 actuated by the third element 6 by means of link 9, 10. The first question to be solved is obviously that of balancing the masses arranged eccentrically, and this solution is irrelevant.
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guru. To explain it, reference will be made to FIG. 2.
Let M be the cam pivot which, by angular movement around the axis C-D, can be brought to a different distance from the main axis of rotation A-B. It is assumed that the eccentric mass is concentrated in M. To obtain the dynamic equilibrium, it is necessary that during the rotation around A-B, at all times, the system of centrifugal forces of the moving masses has a resultant equal to zero. Let m be the eccentric mass concentrated in M and be another mass m 'integral with the first mass and located at M', on the diameter OM, at a distance R of 0.
By writing that the sum of the components of the centrifugal force along the 0-X axis is equal to zero, we obtain with the symbols indicated in the figure the following equation: m r sin 9 = ml.R. sin 9 hence ml = m r / R
R
When the mass m 'corresponds to this relation, the resultant of the centrifugal forces has along the axis 0' - 0 a constant component with respect to the angle of rotation.
Indeed, this component turns out to be proportional to the expression r m (1 - cos 0) + m '(R cos 9 + r) = (m + m') r = constant.
This component, independent of 0, can obviously be compensated by a mass m "integral with the main shaft and located on the radius 0 O2 at a distance R2, in M2, so as to satisfy the equation m" R2 = (m + m ') r. In this way, or with this distribution of masses, the masses subjected to the centrifugal force are always in equilibrium, whatever the eccentricity, that is to say the position occupied by the point M1.
As for the device, it should be noted that thanks to the coupling between the cam or eccentric pivot and the third element 6 of FIG. l, each point of this element
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describes a circle equal to that described by the eccentric pivot.
The movement of this third element is transmitted to the driven shaft through grooves, hollowed out in this element, which push pivots 9, 10 connected in one direction to the driven shaft. The above-mentioned coupling imparts to the driven shaft a substantially uniform speed. Ultimately, it can be asserted theoretically that by multiplying the number of one-way coupling pivots 9 and by ensuring that, thanks to the one-way coupling, the movement is transmitted by infinitely many arcs. small, the transmission can take place at constant speed, since a pivot is always followed by an adjacent pivot infinitely close. To give an idea of the regularity of movement which can thus be obtained, FIG. 3 shows the circle with center 0, described by the grooves 7 coupled to the one-way pivots.
At the moment considered there is at 0 a point of attack of a pivot.
When the groove controlling the pivot describes an arc of an angle - the point 0 passes in P while describing on the circumference of radius R an angle / 3 such that
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sin 0 (- R sin r where r is the radius of eccentricity, and therefore ss = arc sin (r / R.sin [alpha]). As we can see, at angular speed # ', of the driven shaft , easy to deduce, varies with the angle 0 (which defines the arc along which the groove transmits movement to the one-way pivot. It is easy to understand that when one wishes to obtain a certain maximum value of speed variation, the formula written above gives the angle over which the groove-pivot couple must be used for the transmission of motion.
For a desired uniformity, we also find in a well-determined manner the number of pairs to be arranged to provide this uniformity of movement. The characteristic features of the one-way coupling connecting the element 6 (Fig. 1) to the shaft 8 are shown on
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Fig. 4. The pivot 1 '(Fig. 4) coupled to the element 6 (Fig.l) is secured to a pad 2' (Fig. 4) moving in a groove 3 '. During the movement of the pivot 1 'in the direction of arrow'5', the inclined face 4 'comes into contact with the equally inclined face of another pad 8' moving at 9 '.
This second pad 8 'has two other inclined surfaces 10' attacking parallel planes of the groove, so that the element 10 is driven by friction together with the shaft under the action of the pivot 1 '. The operation of the system as a freewheel device is obvious. The advantage of the system lies in the safety of the transmission, this being ensured by the reactions R1 and R2 which are significant in comparison with the forces F1 and F2.
The inclinations of the various faces are such that they constitute reversible systems with the respective seats. All the elements described above, which ensure with the necessary regularity the transmission of movement between the elements 9 and 10 of FIG. 1, can find space in a single circular ring with definite advantages in terms of sizing.
The embodiment of the invention, described above (Figs. 1, 5 and 6) functions as a demultiplier mechanism; this is because the crankcase is fixed, while the driving shaft rotates at an angular speed transmitted with de- multiplication to the driven shaft, and the demultiplication ratio is determined by the degree of eccentricity of an or - gane interposed between the two trees. The speed of the driven shaft decreases with eccentricity and returns to zero for zero eccentricity.
However, it should be noted that the same device can be made to operate as an angular speed multiplier if the drive shaft is kept stationary and the housing rotated. In this case, for zero eccentricity
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of said member, the angular speed of the driven shaft is equal to the speed of the casing and it increases when the eccentricity increases.
As for certain practical purposes it is not very convenient to impart the driving movement to the housing of the mechanism described with reference to Figs. 1, 5 and 6, we can create a variant according to which, while keeping the construction of the mechanism unchanged, the functions and corresponding elements of the drive shaft and of the housing are inverted, so as to provide a group in which the housing is fixed, while the drive shaft controls the driven shaft by means of a variable eccentricity device by imparting to the driven shaft an equal or greater speed in relation to the magnitude given to the eccentricity .
An embodiment of this variant is shown in FIG. 7 which schematically represents, in axial section, a speed multiplier with progressive variation of the multiplication ratio.
The drive shaft 11 is supported in the housing 12 by ball bearings 13. The drive shaft comprises at its inner end a plate 14, grooves 15 being cut out according to the diameter of this plate. In these grooves are engaged the dogs 16 of an element 17. This element comprises on its other face grooves or guides 18 whose direction makes an angle of 90 with the direction of the diameter passing through the dogs 16.
In the grooves 18 are engaged dogs 19 of a plate 20 made integral with a member 21 by the journal or pivot 22. The member 21 is hollowed out with grooves or radial guides 25 in which are engaged the pivots 24 controlling. the blocks 25 of the freewheel mechanism 26 which is mounted on the driven shaft 17 supported by ball bearings 28.
Preferably, the grooves or radial guides 23 are arranged
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crossed. On the journal 22 integral with the plate 20 and the member 21 is mounted with the interposition of a ball bearing 30 a collar 29 which, under the action of a control lever 31, imposes the eccentricity of the axis element 20-21-22 with respect to the system.
During operation, when the axis of element 20-21-22 coincides with the common axis of shafts 11 and 27, the entire system rotates at the same angular speed as shaft 11, while the housing is stationary ; on the contrary, when the axis of the element 20-21-22 is made eccentric with the aid of the control lever 31, with respect to the housing 12, and hence with respect to the rotating parts of the mechanism, it is established an angular speed multiplication ratio between the two shafts 11 and 17 as a function of the eccentricity of these elements 10-11-12. In this case the direction of the eccentricity with respect to the casing 12 is fixed, while in the case of FIG. 1 this direction rotated with the drive shaft and the complex of members provided with cross guides was fixed angularly.
The present invention has been shown and described with reference to a schematic embodiment, but it is clear that many changes can be made in practice without departing from the scope of the invention.
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