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" MECANISME DE TRANSMISSION DE MOUVEMENT A VITESSE ET SENS
VARIABLES ET A LIAISON POSITIVE."
La présente invention a pour objet un mécanisme de transmission applicable à tous les cas où il est requis de relier positivement un arbre moteur à un arbre mené avec la possibilité de passer en principe, par tous les rapports de transmission compris entre deux valeurs extrêmes, tant en marche avant qu'en marche arrière. Un tel mécanisme permet notamment, par action manuelle ou automatique sur un organe de contrôle tel qu'un levier, de provoquer la variation progressive de la vitesse tant que cet organe est sollicité dans un sans, le der- nier rapport de transmission atteint étant maintenu à partir du moment où cesse l'action sur le dit organe.
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Ce mécanisme est du type à trains épicycloïdaux. Il se caractérise principalement en ce que les variations du rap- port de transmission sont obtenues par variation du rayon de gi- ration de satellites et du diamètre de la denture planétaire avec laquelle ils engrènent, cette denture étaht constituée d'éléments articulés entre eux pour former une chaîne ouverte appliquée dans une cage ou portée d'appui qui en détermine le diamètre.
Telle que définie ci-dessus dans son principe, l'in- vention sa prête à des formes de mise en oeuvre diverses qui se différencient surtout - Par la nature des moyens adoptés pour faire varier le rayon de giration des satellites.
- Par la disposition qui permet à la danture ou chai- ne déformable de passer d'un diamètre à un autre.
- Par le mode de liaison cinématique adopté entre l'arbre moteur et les satellites à rayon de giration variable, entre l'arbre moteur et la denture planétaire à diamètre varia- ble, d'une part, et entre ces derniers éléments et l'arbre mené, d'autre part.
Dans une de ses formes de mise en oeuvre, l'invention se caractérise notamment par les points ci-après, d'ailleurs applicables séparément et en toutes combinaisons : a) L'arbre moteur entraîne un rotor qui porte deux groupes de satellites : - Un groupe de satellites dont les axes sont montés dans des glissières radiales pour permettre d'en faire varier le rayon de giration.
- Un groupe de satellites à rayon de giration fixe et en prise avec une denture planétaire de l'arbre mené co- axial au rotor, les satellites d'un groupe étant reliés angu- lairement à ceux de l'autre.
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/ b) La liaison angulaire entre les satellites des deux groupes ci-dessus est assurée par accouplements ou joints homo- cinétiques. c) La denture planétaire fixe angulairement est montée dans une cage conique coaxiale aux arbres menant et mené et ré- glable en translation, la denture étant maintenue fixe dans le sens axial par liaison avec le bâti au moyen de biellettes. d) Les translations de la cage suivant c) sont obte- nues, à partir de l'arbre moteur, par un train d'engrenages à inverseur, pour les deux sens de marche.
e) Les satellites qui assurent la commande de l'arbre mené sont animés d'une rotation propre dont la vitesse angulaire est contrôlée à partir de la position longitudinale de la cage conique de la denture planétaire à rayon variable, de façon quo les satellites relatifs à cette denture subissent, lorsqu'ils la quittent, la même rotation sur eux-mêmes que s'ils étaient encore engrenés avec elle. f) Le mouvement de rotation sur eux-mêmes des satelli- tes relatifs à l'arbre mené dérive des translations alternatives de coulisseaux guidés dans un rotor tournant avec la denture pla- nétaire de commande de l'arbre mené, ces translations étant contrôlées par un levier oscillant dont une extrémité se dépla- ce dans une glissière circulaire à plan médian incliné selon la position longitudinale de la cage conique de la denture plané- taire à rayon variable.
g) Dans une forme de réalisation simplifiée, chacune dos bielles qui relient, par joints homocinétiques, les satelli- tes des deux groupes de satellites du mécanisme, est élastique- ment déformable pour permettre les décalages angulaires des deux satellites qu'elle relie. h) Dans une autre forme de réalisation simplifiée, les bielles à joints homocinétiques sont rigides mais chaque satel- lite qui vient en prise avec la denture en chaîne ouverte est en
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/ deux parties ou dentures distinctes, mais identiques, tourillon- nées sur un moyeu central relié rigidement à la bielle et ciné- matiquemant accouplé aux dites dentures de telle sorte que le déplacement angulaire possible du dit moyeu relativement aux den- tures distinctes soit égal à la demi-somme algébrique des dépla- cements angulaires des deux dentures.
i) Dans une réalisation suivant h), l'accouplement entre le moyeu et les deux dentures est réalisé par un palonnier tourillonnéen son milieu dans une portée du dit moyeu et dont les extrémités agissent sur les dentures pour les déplacer en sens inverse en antagonisme à un dispositif de rappel élastique qui, en l'absence de toute contrainte extérieure, maintient les deux dentures décalées d'un demi-pas.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple seulement, diverses formes de réalisation d'un mécanisme de transmission de mouvement selon l'invention :
Les figures 1 et 2 sont des schémas de principe, ¯pour deux variantes du mécanisme;
Les figures 3 à 9 se rapportent à une forme d'exécu- tion basée sur la principe de la figure 1 et sont :
La figure 3, une coupe verticale axiale d'ensemble,
La figure 4, une coupa horizontale axiale correspon- dante,
Les figures 5 à 8, diverses coupes transversales,
La figure 9, une vue extérieure en bout,
La figure 10 correspond à la figure 4 pour une variante simplifiée.
La figure 11 est une coupe axiale d'ensemble d'une bielle élastiquement déformable reliant par joints homocinéti- ques deux satellites d'un groupe à l'autre;
La figure 12 est une vue en plan correspondante;
La figure 13 est une coupe transversale suivant la ligne XIII-XIII de la figura 11;
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Les figures 14 et 15 sont des schémas montrant daux positions relatives des dentures à flancs inclinés prévus sur les organes qui constituent la bielle des figures 11 à 13.
Les figures 16 et 17 montrent une forme de réalisa- tion d'un pignon satellite correspondant à la denture en chaîne ouverte et permettant dans tous les cas un engrènement correct avec cette dernière, et sont :
La figure 16, une élévation d'ensemble du pignon avec coupes radiales suivant la ligno XVI-XVI de la figure 17,
La figure 17, une vue en bout avec coupe transversale partielle suivant la ligne XVII-XVII de la figure 16.
Dans le schéma de la figure 1, un rotor 1 est entrai né à la vitesse de l'arbre moteur; dans ce rotor peuvent coulis- ser deux pistons 2 sollicités par des ressorts dans le sens centrifuge et portant les axes de satellites 3 qui engrènent avec une denture intérieure 4 fixe angulairement mais de rayon variable; le mouvement de rotation sur eux-mêmes des satellites
3 est transmis par des joints homocinétiques 5 à deux autres satellites 6 dont les axes sont également portés par le rotor
1 ; ces satellites engrènent avec une couronne à denture intéri- eure 7 de rayon constant, solidaire de l'arbre récepteur 8.
Les dentures 4 et 7 pourraient d'ailleurs être extérieures.
La formule générale de Willis concernant les trains épicycloidaux s'écrit :
EMI5.1
Conformément aux dispositions du schéma de la figure 1, la formule devient, en tenant compte de la valeur algébrique des vitesses angulaires :
EMI5.2
Dans le cas particulier, .iL = o :
EMI5.3
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EMI6.1
On voit donc d'après cette formule que
EMI6.2
l'arbre récepteur est immobile, l'appareil est au point mort. si k @ 1, l'arbre récepteur tourne dans le même sens que l'arbre moteur; si k @ 1, l'arbre récepteur tourne en sens inverse de l'arbre moteur.
Dans le cas de la figure 1 :
EMI6.3
R 1 r r1 R R1 r1 r sont des constantes de l'appareil; la variation de k et, par suite, le passage de la marche AV au point mort et à la marche arrière est réalisé par la seule variation du rayon R de la denture fixe 4.
Lo schéma de la figure 2 montre une réalisation du mécanisme dans laquelle les joints homocinétiques sont suppri- més. Les satellites 3 et 6 sont reliés par un pignon intermé- diaire 3a et entraînés en giration à partir du même bâti de vitesse angulaire @1.
Dans la réalisation des figures 3 à 9, la denture intérieure 11 fixe angulairement est établie en forme de chaîne inextensible qui s'engage par son contour extérieur de forme appropriée à l'intérieur d'une surface affectant la forme d'un demi-tronc de cône 12. Les éléments articulés de la den- ture 11 sont montés sur une lame élastique 13 qui les appuie -constamment sur le demi-tronc de cône 12. Les extrémités libres de la denture s'appuient sur deux chemins de glissement 15, inclinés de telle sorte que la denture épouse exactement, par le jeu de ses articulations, la forme de la surface tronconique
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quelle que soit la position relative transversale de la denture par rapport au demi-tronc de cône.
Le frottement dans les arti- culations de la denture no diminue en rien le rendement de l'ap- pareil, puisqu'il ne se manifeste que pendant la période de va- riation de vitesse.
La denture 11 est maintenue fixe dans le plan trans- versal par un jeu de trois biellettes articulées 16. Le dépla- cernent longitudinal du tronc de cône 12 l'oblige à prendre un rayon primitif correspondant. La variation de ce rayon, au lieu d'être obtenue par le déplacement d'un tronc de cône, pour- rait d'ailleurs être réalisée de toute autre façon.
La translation axiale du tronc de cône qui provoque la variation du rayon de la denture 11 et, par suite, la varia- tion de la vitesse, est obtenue, dans la réalisation envisagée, par la vis 17 qui entraîne un écrou mobile 18 solidaire du cône. Sur l'arbre portant la vis 17 est calée la roue dentée 19 commandée elle-même par une autre vis irréversible 20 qui reçoit son mouvement d'un pignon conique 21 qui peut être mis en prise avec l'un ou l'autre de deux autres pignons 22 et 23 tournant librement sur l'arbre moteur. Une fourchette 24 dépla- cée latéralement par l'intermédiaire du levier 25 et de l'axe excentré 26 - 27, entraîne dans son mouvement une douille 28 solidaire angulairemont de l'arbre moteur.
Selon le sens de déplacement du levier ?5, la douille 28 s'applique sur l'un ou l'autre des pignons coniques 22 et 23 et, l'entraînant par friction, le fait participer au mouve- ment de l'arbre moteur. De ce fait, le pignon conique 21 tour- na dans un sens ou dans l'autre, et l'écrou 18 déplace le tronc de cône dans un sens ou dans l'autre. La vitesse croit ou décroît, ceci par le fait d'une action manuelle ou automatique sur le levier 25.
Un rotor 29 solidaire de l'arbre moteur porte deux satellites 30 et 30' diamétralement opposés qui engrènent avec la denture 11. Les axes de ces satellites sont portés par deux pistons ou coulisseaux, 31 qui peuvent glisser dans une glissiè- re ménagée dans le rotor 29. Deux portées cylindriques de gui-
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dage prévues sur les pignons 30 et 30' s'appuient sur le sup- port de la denture 11 et assurent l'engrènement correct avec celle-ci. Un mécanisme à crémaillère 32 rappelé par un ressort 33 (fig. 4) détermine et limite l'amplitude du déplacement des pistons 31 et, par suite, des satellites 30 et 30'.
Le déplacement radial des pistons 31 pourrait être commandé de façon positive. Par exemple, chaque piston pourrait comporter un doigt s'engageant dans une rainure d'un coulisseau porté par le rotor et déplacé longitudinalement avec le tronc de cône 12, la rainure du coulisseau ayant l'inclinaison des génératrices du cône.
Le mouvement de rotation sur eux-mêmes des satellites 30 et 30' est transmis aux satellites récepteurs 34 et 34' par des accouplements à joints homocinétiques 35 et 35', de toute disposition appropriée.
Les pignons récepteurs 34 et 34', dans cet exemple de réalisation, sont disposés dans deux plans transversaux dif- férents. Leurs axas sont montés sur le rotor 29 et ils engrè- nent avec deux couronnes dentées intérieures 36 et 36', de même diamètre, centrées sur la douille 37 solidaire de l'arbre récepteur. Ces couronnes entraînent à tour de rôle la douille 37 par l'intermédiaire de deux groupes de vis irréversibles 38 et 38' diamétralement opposées, en prise avec deux dentures extérieures 39 et 39' taillées sur les couronnes 36 et 36'.
Le rôle de cette liaison supplémentaire sera expliqué plus loin.
Les satellites 30 et 30' étant diamétralement oppo- sés, lorsque l'un d'eux quitte la denture fixe 11, il continue à tourner sur lui-même du même angle que le satellite en prise, commandé par celui-ci par l'intermédiaire des joints 35 et 35', des satellites 34 et 34' et des dentures 36 et 36'. De ce fait, il se retrouvera rigoureusement en position d'engrènement correct avec la denture 11 après une giration de 180 degrés, si la demi-circonférence correspondant au diamètre d'enroulement
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de la denture 11 contient un nombre exact de pas de celle-ci.
Il en sera ainsi toutes les fois que cette condition sera réali- sée. Dans les positions intermédiaire, pour lesquelles cette condition n'est pas réalisée, un mécanisme complémentaire est nécessaire pour retrouver un engrènement correct des satellites 30 et 30'. Ce mécanisme a pour but d'imprimer au satellite qui n'est pas en prise avec la denture 11 une rotation complémen- taire sur lui-même pendant la période où il n'est pas en prise.
Ce mouvement d'amplitude variable avec la position du tronc de cône 12 ne consomme pas de puissance puisqu'il se produit alors que la pignon est libre ; il n'altère donc pas le rende- ment de l'appareil.
Un plateau à gorge circulaire 40, fixe en rotation, peut prendre une inclinaison autour de ses tourillons 41 par l'intermédiaire d'un doigt 42 engagé dans une rainure-came 43 taillée sur un tambour 44 solidaire de l'arbre à vis 17 com- mandant le déplacement du cône 12.
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Dans la gorge du plateau 40 est engagé un coulisseau 45 (fig. 3) entraîné en rotation par le rotor 29 par l'inter- médiaire du levier 46 articulé autour d'un axe 47 porté par ce rotor. L'autre extrémité du levier entraîne un poussoir 48 qui déplace longitudinalement, à l'aide du levier à fourche 49 deux pignons hélicoïdaux doubles 50, de pas convenable, libres sur leurs axas en rotation et centrés dans des alvéoles de la douille 37.
Le plateau 40 étant incliné, les pignons hélicoidaux 50 reçoivent, pour chaque tour du rotor, un mouvement alterna- tif dont l'amplitude est fonction de l'inclinaison du plateau.
Chacun des groupes de pignons hélicoïdaux est an prise avec deux pignons 51 taillés en bout des arbres qui portent les vis 38 et 38' (fig. 8).
Si l'on suppose le satellite 30 (fig. 4) en prise avec la denture fixe 11, le groupe constitué par le satellite 34, la denture 35 et la vis 38 doit vaincre le souple résis-
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tant. Au contraire, la satellite 30' est libre, et la groupe constitue par le satellite 34', la denture 35' et la vis 38' peut être entraîna sans effort. En conséquence, la pignon héli- coêdal en prisa avec le pignon hélicoïdal calé en bout de la vis 38, ne pouvant entraîner celui-ci en raison de l'effort résistant, prend appui sur lui, et tourne autour de son axe.
Ce mouvement de rotation sur lui-même s'ajoute à son mouvemant de translation propre pour faire tourner le pignon calé en bout de la vis 38'. Cette dernière entraîne la denture 36', le satellise 34', le joint 35' et la satellite 30' libre.
Lorsque le satellite 30' vient en prise avec la denture fixe 11, c'est le pignon calé en bout de la vis 38' qui sert de point d'appui et la vis 38 reçoit un mouvement de rotation qu'elle communique à la denture 36, au satellite 34, au joint 35 et au satellite 30 qui est libre à ce moment. Ce cycle se répète à chaque tour du rotor.
L'arbre à vis 17 fait un tour pour une avance du cô- ne corraspondant à l'intervalle qui sépare deux positions cor- rectes consécutives d'engrènment. A chacune de ces positions correctes d'engrènement, le plateau 40 est vertical. Au con- traire, entre ces positions, la rainure 43 confère au plateau 40 l'inclinaison qui convient pour donner au satellite libre la rotation complémentaire nécessaire pour retrouver l'engrènement correct.
La figure 10 représente un mode de réalisation dans lequel le dispositif auxiliaire de recalage des dents du satelli- te non en prise a été supprimé. Ce dispositif de recalage pour- rait d'ailleurs être réalisé sous toute autre forme que celle décrite. Les mêmes caractères de référence désignent, sur la figure 10, les organes identiques ou correspondant à ceux des figures 3 à 9.
L'appareil de la fig. 10 est applicable aux machines dans lesquelles la variation continue de vitesse n'est pas abso-
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lument nécessaire ; il permet dans l'encombrement d'une boîte or- dinaire de réaliser un plus grand nombre de vitesses prédétermi- nées, ces darnières correspondant à toutes les positions relati- ves du tronc de cône et de la denture fixe pour lesquelles la longueur de la demi-circonférence d'engrènement est un multiple du pas. La commande de changement de vitesse peut se faire au repos à l'aide d'une manivelle portant un index qu'on amène en regard d'une graduation ou par une manivelle à tocs ou par tout autre moyen. Elle peut se faire également en marche.
Dans ce dernier cas il suffit de déplacer le cône à l'aide d'une com- mande asservie impérative telle que pour un demi-tour de l'arbre moteur la longueur de la nouvelle demi-circonférence d'engrène- ment de la denture articulée soit un multiple du pas.
On peut cependant, avec l'appareil de la figure 10, obtenir la continuité dans la variation du rapport de transmis- sion. Pour ce faire, on substitue aux bielles rigides 35, des bielles élastiquement déformables, dont un exemple de réalisa- tion est montré par les figures 11 à 15.
Chaque bielle comporte deux parties 52 et 53 assem- blées par un axe ou tourillon longitudinal commun constitué par un boulon 54 et reliées angulairement par un coulisseau ou manchon d'accouplement 55 qui est monté sur la partie 52 correspondant au côté de l'arbre moteur, au moyen d'un montage à cannelures 56. La liaison angulaire entre le coulisseau 55 et la partie 53 de la bielle a lieu par engagement de deux den- tures à flancs inclinés 57 respectivement taillées sur le cou- lisseau et sur la partie 53. Un ressort 58 ou son équivalent, et par exemple un manchon d'une matière élastique telle que le caoutchouc, est interposé entre le coulisseau 55 et une embase 59 de la partie 52 pour maintenir normalement les dentures 57 engagées à fond comme montré par la figure 12.
Les carac- téristiques de ce ressort sont déterminées selon les couples maxima à transmettre et de façon que les dentures 57 ne puis-
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sent jamais subir de déplacements angulaires brusques suscepti- bles de donner lieu à des chocs et à des bruits.
Le fonctionnement est le suivant :
Si l'on considère le satellite moteur en prise avec la chaîna ou denture ouverte qui constitue le planétaire cor- respondant à l'arbre moteur, le satellite mené ou récepteur correspondant prend appui sur la denture planétaire solidaire de l'arbre mené par l'intermédiaire des pièces 52, 55 et 53.
Du fait du couple résistant, les dentures 57 appartenant res- pectivement à la pièce 53 et au coulisseau 55 réagissent l'une sur l'autre et ce dernier est déplacé axialement sur la partie 52 dans le sens de compression du ressort 58. L'ampli- tude maxima de ce mouvement de translation est déterminée par butée du bord antérieur du coulisseau 55 contre l'embase 59 de la partie 52 de la bielle. Les positions relatives des den- tures 57 sont montrées par la figure 14 et l'ensemble cons- titué par les éléments 52,55 et 53 se comporte alors comme une barre rigide dans le sens angulaire et le sens axial. Lors- que le satellite moteur considéré quitte la denture en chaîne ouverte, le ressort 58 se détend et ramène le coulisseau 55 dans la position da la figure 12.
Si le diamètre primitif de la denture planétaire ou- verte est un multiple du module, le satellite moteur considéré reliant engrener correctement avec carte denture et la cycle décritrecommence. S'il n'en est pas ainsi, les dents du sa- tellite butent sur la chaîne et le satellite mené correspon- dant continuant d'être entraîné par la denture planétaire avec laquelle il est constamment en prise, la réaction angulaire appliquée sur la bielle d'accouplement oblige le coulisseau 55 à glisser sur la partie 52 et les dentures 57 prennent les positions relatives montrées par la figure 14, ou la figure 15, suivant le sens du mouvement de rotation.
Lorsque le décalage angulaire des parties 52 et 53 de la bielle d'accouplement est suffisant pour permettre l'engrènement correct du satellite
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moteur et de la chaîne, le ressort 58 ramène les dentures 57 dans la position de la figure 12. A ce moment, le couple ré- sistant repousse le coulisseau 55 jusqu'à sa position de butée contre l'embase 59 et il en est ainsi jusqu'au moment où le satellite quitte de nouveau la chaîne ouverte.
On peut encore pour obtenir, avec l'appareil simplifié de la figure 10, la continuité dans la variation du rapport de transmission, recourir à l'artifice montré par les figures 16 et 17 .
Les bielles 35 et 35' de la figure 10, avec leurs joints homocinétiques sont conservées, mais les pignons satel- lites 30 et 30' correspondant à la denture en chaîne ouverte comportent (figures 16 et 17) deux dentures 30a et 30b distinctes mais semblables, taillées sur deux couronnes 60 et 61 librement tourillonnées sur deux portées d'un moyeu 62 calé, par un montage à cannelure sur l'extrémité de la bielle 35 ou 35' correspondante.
Un palonnier 63 est pivoté en son milieu dans une portée 64 du moyeu et ses extrémités 65, en forme de rotules sphériques, attaquent les couronnes 60 et 61 dans deux loge- monts cylindriques appropriés. Pour des raisons d'équilibrage, on prévoit deux palonniers 63 comme montré par la figure 17.
Lorsque les palonniers 63 sont disposés parallèle- ment à l'axe de l'ensemble, les deux dentures 30a et 30b sont décalées d'un demi-pas et maintenues dans cette position par des coins 66 taillés sur des coulisseaux guidés dans des en- tailles radiales du moyeu 62 et rappelés dans le sens centri- fuge par des ressorts 67. Ces coins s'engagent dans des entail- les en V pratiquées sur les couronnes 60 et 61 qu'elles maintiennent, en l'absence de toute contrainte extérieure, dans des positions angulaires décalées d'un demi-pas des dentures
EMI13.1
30a et 30c.
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Le fonctionnement est le suivant :
Lorsqu'un satellite quitta-la denture en chaîne ouver- te, les réactions des ressorts 67 maintiennent les dentures 30a, 30b décalées d'un demi-pas. Au moment où l'une des dentu- res (30a par exemple) vient en contact avec la chaîne ouverte, elle peut, en repoussant les coins 66, tourillonner sur le moyeu 62 jusqu'à ce que la dent en prise trouve son logement dans la denture articulée. Dans ce mouvement, les palonniers 63 en pivotant par rapport au moyeu, ont fait tourner la den- ture 30b sur le moyeu d'un angle égal et de sens opposé. Le moyeu 62 continuant son mouvement, la denture 30a maintenue par appui sur la denture de la chaîne ouverte reste immobile et la denture 30b est amenée à sa position correcte d'engrènement.
Quelles que soient les conditions au moment de la prise de contact du satellite et de la chaîne, la somme des dé- placements des deux dentures 30a et 30b en valeur absolue est égale à un demi-pas, c'est-à-dire au décalage initial des dites dentures. Lorsque l'engrènement est correct, les deux dentures 30a et 30b sont en prolongement et les palonniers 63 se sont inclinés dans leur position maximum et le moyeu 62 et les dentures 30a et 30b se comportent comme un bloc rigide soli- daire de la bielle à joints homocinétiques correspondante.
Au lieu de palonniers tels que 63, on pourrait ac- coupler les couronnes 60 et 61 par un train de pignons. Cette solution plus compliquée est admissible ; il suffit que le train soit tel que les deux couronnes tournent d'angles égaux et de sens contraires.
L'invention est applicable à toutes les machines dont le fonctionnement implique un changement de vitesse, et, en par- ticulier aux machines-outils, métiers à tisser, véhicules auto- mobiles 'de tous genres et de toutes puissances.
Dans le cas des machines-outils où les rayons d'atta- que de l'outil varient dans de grandes proportions (machines à surfacer, machinas à bois à dérouler par exemple) le rendement
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de la machine est considérablement augmenté par l'emploi d'une transmission selon l'invention qui permet de conserver à l'ou- til une vitesse linéaire constante, en combinant la commande de la transmission avec la commande d'avance de l'outil.
Dans le cas des véhicules automobiles, l'invention permet le démarrage de façon progressive, sans intervention d'un embrayage. La conduite des véhicules est simplifiée puis- qu'on supprime la pédala de débrayage et le levier de changement de vitesses.
REVENDICATIONS
1. - Mécanisme de transmission da mouvement à sens et vitesse variables, du genre comportant des trains épicycloïdaux, caractérisé en ce que les variations du rapport de transmission sont obtenues par variation du rayon de giration de satellites et du diamètre de la denture planétaire aved laquelle ils engrè- nent, cette denture étant constituée d'éléments articulés entre eux pour former une chaîne ouverte appliquée dans une cage d'ap- pui qui an détermine le diamètre.
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"SPEED AND SENSE MOTION TRANSMISSION MECHANISM
VARIABLES AND A POSITIVE LINK. "
The present invention relates to a transmission mechanism applicable to all cases where it is required to positively connect a drive shaft to a driven shaft with the possibility of switching in principle, through all the transmission ratios between two extreme values, both forward and reverse. Such a mechanism makes it possible in particular, by manual or automatic action on a control member such as a lever, to cause the progressive variation of the speed as long as this member is requested in a without, the last transmission ratio reached being maintained. from the moment when the action on the said organ ceases.
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This mechanism is of the epicyclic gear type. It is mainly characterized in that the variations in the transmission ratio are obtained by varying the radius of gi- ration of the satellites and the diameter of the planetary toothing with which they mesh, this toothing being made up of elements articulated together for form an open chain applied in a cage or bearing surface which determines its diameter.
As defined above in principle, the invention lends itself to various forms of implementation which are mainly differentiated by the nature of the means adopted to vary the radius of gyration of the satellites.
- By the arrangement which allows the danture or deformable chain to pass from one diameter to another.
- By the kinematic connection mode adopted between the motor shaft and the planetary gyration wheels with variable radius of gyration, between the motor shaft and the planetary teeth with variable diameter, on the one hand, and between these latter elements and the driven shaft, on the other hand.
In one of its embodiments, the invention is characterized in particular by the following points, moreover applicable separately and in any combination: a) The motor shaft drives a rotor which carries two groups of planet wheels: - A group of satellites whose axes are mounted in radial slides to allow the radius of gyration to be varied.
- A group of planet wheels with a fixed radius of gyration and meshed with a planetary toothing of the driven shaft coaxial with the rotor, the planet wheels of one group being angularly connected to those of the other.
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/ b) The angular connection between the planets of the two groups above is ensured by couplings or homokinetic joints. c) The angularly fixed planetary toothing is mounted in a conical cage coaxial with the driving and driven shafts and adjustable in translation, the toothing being kept fixed in the axial direction by connection with the frame by means of connecting rods. d) The translations of the cage according to c) are obtained, from the motor shaft, by an inverter gear train, for both directions of travel.
e) The planet wheels which control the driven shaft are driven by their own rotation, the angular speed of which is controlled from the longitudinal position of the conical cage of the planetary toothing with variable radius, so that the relative planet wheels to this toothing undergo, when they leave it, the same rotation on themselves as if they were still meshed with it. f) The rotational movement on themselves of the satellites relative to the driven shaft derives from the reciprocating translations of slides guided in a rotor rotating with the planetary control teeth of the driven shaft, these translations being controlled by an oscillating lever, one end of which moves in a circular slide with an inclined median plane according to the longitudinal position of the conical cage of the planetary toothing with variable radius.
g) In a simplified embodiment, each of its connecting rods which connect, by constant velocity joints, the satellites of the two groups of satellites of the mechanism, is elastically deformable to allow the angular offsets of the two satellites that it connects. h) In another simplified embodiment, the constant velocity joint connecting rods are rigid but each satellite which engages with the open chain teeth is in
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/ two separate parts or teeth, but identical, journaled on a central hub rigidly connected to the connecting rod and kinematically coupled to said teeth so that the possible angular displacement of said hub relative to the separate teeth is equal to the algebraic half-sum of the angular displacements of the two teeth.
i) In an embodiment according to h), the coupling between the hub and the two teeth is made by a spreader journaled in its middle in a bearing surface of said hub and whose ends act on the teeth to move them in the opposite direction in antagonism to an elastic return device which, in the absence of any external constraint, keeps the two teeth offset by half a pitch.
The accompanying drawings show, by way of example only, various embodiments of a movement transmission mechanism according to the invention:
Figures 1 and 2 are schematic diagrams, ¯ for two variants of the mechanism;
Figures 3 to 9 relate to an embodiment based on the principle of figure 1 and are:
Figure 3, an overall axial vertical section,
Figure 4, a corresponding axial horizontal section,
Figures 5 to 8, various cross sections,
Figure 9, an exterior end view,
FIG. 10 corresponds to FIG. 4 for a simplified variant.
FIG. 11 is an overall axial section of an elastically deformable connecting rod connecting two satellites from one group to the other by constant velocity joints;
Figure 12 is a corresponding plan view;
Figure 13 is a cross section taken on line XIII-XIII of Figure 11;
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Figures 14 and 15 are diagrams showing the relative positions of the teeth with inclined flanks provided on the members which constitute the connecting rod of Figures 11 to 13.
Figures 16 and 17 show an embodiment of a satellite pinion corresponding to the open chain toothing and allowing in all cases correct meshing with the latter, and are:
Figure 16, an overall elevation of the pinion with radial sections along line XVI-XVI of figure 17,
Figure 17, an end view with partial cross section taken along the line XVII-XVII of Figure 16.
In the diagram of FIG. 1, a rotor 1 is driven at the speed of the motor shaft; in this rotor can slide two pistons 2 urged by springs in the centrifugal direction and carrying the planet axles 3 which mesh with an internal toothing 4 fixed angularly but of variable radius; the rotational motion of the satellites
3 is transmitted by constant velocity joints 5 to two other satellites 6 whose axes are also carried by the rotor
1; these planet wheels mesh with a ring gear 7 with internal teeth of constant radius, integral with the receiver shaft 8.
The teeth 4 and 7 could moreover be external.
Willis' general formula for epicyclic trains is written:
EMI5.1
In accordance with the provisions of the diagram of FIG. 1, the formula becomes, taking into account the algebraic value of the angular speeds:
EMI5.2
In the particular case, .iL = o:
EMI5.3
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EMI6.1
We can therefore see from this formula that
EMI6.2
the receiving shaft is stationary, the device is in neutral. if k @ 1, the receiver shaft rotates in the same direction as the motor shaft; if k @ 1, the receiving shaft turns in the opposite direction to the motor shaft.
In the case of figure 1:
EMI6.3
R 1 r r1 R R1 r1 r are constants of the device; the variation of k and, consequently, the passage from forward gear to neutral and to reverse gear is achieved by the sole variation of the radius R of the fixed teeth 4.
The diagram of FIG. 2 shows an embodiment of the mechanism in which the constant velocity joints are omitted. Planetaries 3 and 6 are connected by an intermediate pinion 3a and driven in gyration from the same frame of angular speed @ 1.
In the embodiment of FIGS. 3 to 9, the angularly fixed internal teeth 11 is established in the form of an inextensible chain which engages by its external contour of appropriate shape inside a surface affecting the shape of a half-trunk. of cone 12. The articulated elements of the toothing 11 are mounted on an elastic blade 13 which bears them -constantly on the half-truncated cone 12. The free ends of the toothing are supported on two sliding paths 15, inclined so that the toothing follows exactly, by the play of its joints, the shape of the frustoconical surface
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whatever the relative transverse position of the toothing with respect to the half-truncated cone.
The friction in the joints of the teeth no reduces the efficiency of the device in any way, since it only occurs during the period of speed variation.
The toothing 11 is kept fixed in the transverse plane by a set of three articulated links 16. The longitudinal displacement of the truncated cone 12 forces it to take a corresponding pitch radius. The variation of this radius, instead of being obtained by the displacement of a truncated cone, could moreover be carried out in any other way.
The axial translation of the truncated cone which causes the variation of the radius of the toothing 11 and, consequently, the variation of the speed, is obtained, in the embodiment envisaged, by the screw 17 which drives a movable nut 18 integral with the cone. On the shaft carrying the screw 17 is wedged the toothed wheel 19, itself controlled by another irreversible screw 20 which receives its movement from a bevel pinion 21 which can be engaged with one or the other of two other pinions 22 and 23 rotating freely on the motor shaft. A fork 24 displaced laterally by means of the lever 25 and the eccentric axis 26-27, in its movement drives a bush 28 which is angularly integral with the motor shaft.
Depending on the direction of movement of the lever? 5, the sleeve 28 is applied to one or the other of the bevel gears 22 and 23 and, dragging it by friction, makes it participate in the movement of the motor shaft. . Therefore, the bevel gear 21 rotates in one direction or the other, and the nut 18 moves the truncated cone in one direction or the other. The speed increases or decreases, this by the fact of a manual or automatic action on the lever 25.
A rotor 29 integral with the motor shaft carries two diametrically opposed planet wheels 30 and 30 'which mesh with the toothing 11. The axes of these planet wheels are carried by two pistons or slides, 31 which can slide in a slide formed in the rotor 29. Two cylindrical gui-
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gears provided on the pinions 30 and 30 'are supported by the toothing 11 and ensure correct engagement with the latter. A rack mechanism 32 returned by a spring 33 (FIG. 4) determines and limits the amplitude of the displacement of the pistons 31 and, consequently, of the satellites 30 and 30 '.
The radial movement of the pistons 31 could be positively controlled. For example, each piston could include a finger engaging in a groove of a slide carried by the rotor and moved longitudinally with the truncated cone 12, the groove of the slide having the inclination of the generatrices of the cone.
The rotational movement on themselves of the satellites 30 and 30 'is transmitted to the receiving satellites 34 and 34' by couplings with constant velocity joints 35 and 35 ', of any suitable arrangement.
The receiving gears 34 and 34 ', in this exemplary embodiment, are arranged in two different transverse planes. Their axas are mounted on the rotor 29 and they mesh with two internal toothed rings 36 and 36 ', of the same diameter, centered on the sleeve 37 integral with the receiving shaft. These crowns in turn drive the sleeve 37 by means of two groups of irreversible screws 38 and 38 'diametrically opposed, engaged with two external teeth 39 and 39' cut on the crowns 36 and 36 '.
The role of this additional link will be explained later.
The satellites 30 and 30 'being diametrically opposed, when one of them leaves the fixed teeth 11, it continues to rotate on itself at the same angle as the satellite in engagement, controlled by the latter by the intermediate joints 35 and 35 ', satellites 34 and 34' and teeth 36 and 36 '. As a result, it will be found strictly in the correct meshing position with the toothing 11 after a 180 degree gyration, if the half-circumference corresponding to the winding diameter
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of the toothing 11 contains an exact number of steps thereof.
This will be the case whenever this condition is met. In the intermediate positions, for which this condition is not fulfilled, a complementary mechanism is necessary to find a correct engagement of the satellites 30 and 30 '. The purpose of this mechanism is to impart to the satellite which is not engaged with the toothing 11 a complementary rotation on itself during the period when it is not engaged.
This movement of variable amplitude with the position of the truncated cone 12 does not consume power since it occurs while the pinion is free; it therefore does not affect the efficiency of the device.
A circular groove plate 40, fixed in rotation, can take an inclination around its journals 41 by means of a finger 42 engaged in a cam groove 43 cut on a drum 44 secured to the screw shaft 17 com - requiring the displacement of the cone 12.
@
In the groove of the plate 40 is engaged a slide 45 (FIG. 3) driven in rotation by the rotor 29 by the intermediary of the lever 46 articulated about an axis 47 carried by this rotor. The other end of the lever drives a pusher 48 which moves longitudinally, using the fork lever 49, two double helical gears 50, of suitable pitch, free on their rotating axas and centered in the sockets of the sleeve 37.
The plate 40 being inclined, the helical gears 50 receive, for each revolution of the rotor, an alternating movement, the amplitude of which is a function of the inclination of the plate.
Each of the groups of helical gears is taken with two gears 51 cut at the end of the shafts which carry the screws 38 and 38 '(fig. 8).
If one assumes the satellite 30 (fig. 4) in engagement with the fixed teeth 11, the group formed by the satellite 34, the teeth 35 and the screw 38 must overcome the flexible resistance.
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so much. On the contrary, the satellite 30 'is free, and the group formed by the satellite 34', the teeth 35 'and the screw 38' can be driven effortlessly. Consequently, the helical pinion in engagement with the helical pinion wedged at the end of the screw 38, unable to drive the latter due to the resistive force, bears on it, and rotates around its axis.
This rotational movement on itself is added to its own translational movement to rotate the pinion wedged at the end of the screw 38 '. The latter drives the toothing 36 ', the orbit 34', the joint 35 'and the free satellite 30'.
When the satellite 30 'engages with the fixed teeth 11, it is the pinion wedged at the end of the screw 38' which serves as a fulcrum and the screw 38 receives a rotational movement which it communicates to the teeth. 36, at satellite 34, at joint 35 and at satellite 30 which is free at this time. This cycle is repeated with each revolution of the rotor.
The screw shaft 17 makes one revolution for an advance of the cone corresponding to the interval which separates two consecutive correct positions of engagement. At each of these correct engagement positions, the plate 40 is vertical. On the contrary, between these positions, the groove 43 gives the plate 40 the inclination which is suitable to give the free satellite the complementary rotation necessary to find the correct meshing.
FIG. 10 represents an embodiment in which the auxiliary device for resetting the teeth of the satellite not engaged has been omitted. This adjustment device could moreover be produced in any form other than that described. The same reference characters designate, in FIG. 10, the components identical or corresponding to those of FIGS. 3 to 9.
The apparatus of FIG. 10 is applicable to machines in which the continuous variation of speed is not absolute.
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necessary light; it allows in the bulk of an ordinary gearbox to achieve a greater number of predetermined speeds, these darnières corresponding to all the relative positions of the truncated cone and of the fixed teeth for which the length of the meshing half-circumference is a multiple of the pitch. The speed change control can be done at rest using a crank bearing an index which is brought opposite a graduation or by a crank tocs or by any other means. It can also be done on the fly.
In the latter case, it suffices to move the cone using an imperative slave command such that for a half-turn of the motor shaft the length of the new meshing half-circumference of the teeth. articulated or a multiple of the pitch.
It is however possible, with the apparatus of FIG. 10, to obtain continuity in the variation of the transmission ratio. To do this, the rigid connecting rods 35 are replaced by elastically deformable connecting rods, an exemplary embodiment of which is shown in FIGS. 11 to 15.
Each connecting rod has two parts 52 and 53 assembled by a common longitudinal axis or journal constituted by a bolt 54 and angularly connected by a sliding block or coupling sleeve 55 which is mounted on the part 52 corresponding to the side of the motor shaft. , by means of a spline assembly 56. The angular connection between the slide 55 and the part 53 of the connecting rod takes place by engaging two inclined flank teeth 57 respectively cut on the slide and on the part 53 A spring 58 or its equivalent, and for example a sleeve of an elastic material such as rubber, is interposed between the slider 55 and a base 59 of the part 52 to normally keep the teeth 57 fully engaged as shown by FIG. figure 12.
The characteristics of this spring are determined according to the maximum torques to be transmitted and in such a way that the teeth 57 cannot
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never feels sudden angular movements liable to give rise to shocks and noises.
The operation is as follows:
If we consider the drive planet gear engaged with the chain or open toothing which constitutes the planetary gear corresponding to the drive shaft, the corresponding driven planet gear or receiver is supported on the planetary toothing integral with the shaft driven by the drive shaft. intermediary of parts 52, 55 and 53.
Due to the resistive torque, the teeth 57 belonging respectively to the part 53 and to the slide 55 react on each other and the latter is displaced axially on the part 52 in the direction of compression of the spring 58. L ' The maximum amplitude of this translational movement is determined by stopping the front edge of the slide 55 against the base 59 of the part 52 of the connecting rod. The relative positions of the teeth 57 are shown in FIG. 14 and the assembly constituted by the elements 52, 55 and 53 then behaves like a rigid bar in the angular direction and the axial direction. When the driving satellite in question leaves the chain toothing open, the spring 58 relaxes and returns the slide 55 to the position in FIG. 12.
If the pitch diameter of the open planetary toothing is a multiple of the module, the drive satellite considered connecting correctly meshing with the toothing board and the described cycle begins again. If this is not the case, the teeth of the satellite come up against the chain and the corresponding driven satellite continues to be driven by the planetary teeth with which it is constantly engaged, the angular reaction applied to the gear. coupling rod forces the slide 55 to slide on the part 52 and the teeth 57 take the relative positions shown in Figure 14, or Figure 15, depending on the direction of the rotational movement.
When the angular offset of the parts 52 and 53 of the coupling rod is sufficient to allow the correct engagement of the satellite
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engine and chain, the spring 58 returns the teeth 57 to the position of FIG. 12. At this moment, the resistant torque pushes the slide 55 back to its stop position against the base 59 and there is so until the satellite leaves the open channel again.
To obtain, with the simplified apparatus of FIG. 10, continuity in the variation of the transmission ratio, it is also possible to resort to the device shown in FIGS. 16 and 17.
The connecting rods 35 and 35 'of figure 10, with their constant velocity joints are retained, but the satellite gears 30 and 30' corresponding to the open chain teeth have (figures 16 and 17) two separate but similar teeth 30a and 30b , cut on two rings 60 and 61 freely journalled on two surfaces of a hub 62 wedged, by a spline mounting on the end of the corresponding connecting rod 35 or 35 '.
A lifter 63 is pivoted in its middle in a bearing surface 64 of the hub and its ends 65, in the form of spherical ball joints, engage the rings 60 and 61 in two suitable cylindrical housings. For balancing reasons, two lifting beams 63 are provided as shown in FIG. 17.
When the spreaders 63 are arranged parallel to the axis of the assembly, the two teeth 30a and 30b are offset by half a pitch and held in this position by wedges 66 cut on slides guided in interlocking steps. radial sizes of the hub 62 and returned in the centrifugal direction by springs 67. These wedges engage in V-shaped notches made on the rings 60 and 61 which they maintain, in the absence of any external constraint , in angular positions offset by half a pitch from the teeth
EMI13.1
30a and 30c.
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The operation is as follows:
When a satellite leaves the chain toothing open, the reactions of the springs 67 keep the teeth 30a, 30b offset by half a pitch. At the moment when one of the teeth (30a for example) comes into contact with the open chain, it can, by pushing back the wedges 66, journal on the hub 62 until the engaged tooth finds its place in the chain. articulated toothing. In this movement, the spreaders 63 by pivoting relative to the hub, have rotated the toothing 30b on the hub by an equal angle and in the opposite direction. The hub 62 continuing its movement, the teeth 30a maintained by pressing on the teeth of the open chain remains stationary and the teeth 30b is brought to its correct meshing position.
Whatever the conditions at the time of contact between the satellite and the chain, the sum of the displacements of the two toothings 30a and 30b in absolute value is equal to half a step, that is to say the initial offset of said teeth. When the meshing is correct, the two teeth 30a and 30b are in extension and the lifting beams 63 are inclined in their maximum position and the hub 62 and the teeth 30a and 30b behave like a solid rigid block of the connecting rod. corresponding constant velocity joints.
Instead of spreaders such as 63, the rings 60 and 61 could be coupled by a train of pinions. This more complicated solution is admissible; it suffices for the train to be such that the two crowns turn at equal angles and in opposite directions.
The invention is applicable to all machines the operation of which involves a change of speed, and in particular to machine tools, looms, motor vehicles, of all types and of all powers.
In the case of machine tools where the tool radius of the tool varies in large proportions (surfacing machines, woodworking machines to unroll for example) the output
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of the machine is considerably increased by the use of a transmission according to the invention which makes it possible to maintain a constant linear speed to the tool, by combining the control of the transmission with the control of the advance of the tool. .
In the case of motor vehicles, the invention allows progressive starting, without the intervention of a clutch. Driving is simplified since the clutch pedal and the gearshift lever are omitted.
CLAIMS
1. - Transmission mechanism of movement in variable direction and speed, of the kind comprising epicyclic gears, characterized in that the variations in the transmission ratio are obtained by variation of the radius of gyration of the satellites and the diameter of the planetary teeth with which they mesh, this toothing being made up of elements hinged together to form an open chain applied in a support cage which determines the diameter.