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"Dispositif cinématique".
- L'invention concerne l'application. comme appareil de transformation de mouvement, d'un dispositif cinématique oapable d'être introduit dans tous les cas où. il est nécessaire de transformer un mouvement alternatif en un Mouvement circulaire, ou, inversement, à partir d'un mouvement circulaire en un mouvement alternatif
Ce dispositif cinématiques dans cette application noue velle, se caractérise notemment, par le fait que le mouvement à trans- former était traduit sur les organes transformateurs en une sollicita- tion de direction constante,
ladite sollicitation se décompose en une valetzr normale de résistance et une valeur tangentielle effectives dans de telles conditions que la loi de modification ou de variation successive de cette dernière est invar se de la loi de variation de l'effort moteur* Il en résulte que lorsque la résistance passive du système entraîné est minimum, la composante tangentielle est également
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minimum, en même temps qu'est minimum l'effort moteur; inversement, lorsque la résistance passive du système entraîna est man¯, otent- a-dire lorsque la composante tangentielle est maximan, la sollicitas tion motrice est également maximua.
Il résulte de ces caractéristiques que, par um choix judicieux des éléments cinématiques, en peut tendre vers un rendemat mécanique moyen optimum. En effet. aî l'on acupare pae telle disposition eînimatique à un '1'.1;ème- courent bielle et maa.velle par eXll1ple, on constate qu'on échappe à la superposition des lois 81nuso!dale., r.8pee.
tivement des couples résistante et moteurs* Bien entendu, il eat utile, pour atteindre ce résultat, de superposer deux micaniomm en sorte
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d'échapper aux Inconvénients notoirea des pointa mort..-
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le moyen caractérisent cette nouvelle disposition om%n-
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tique est que le profil spécial du chemin de roulement ou de glissement
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Interposé entre les orgmea comaatndeura et les organes o<8ll181.d4688t établi dans chaque cas# en sorte qu'à tout moment la surface sollicitée dudit chemin de roulement soit orientée en vue de produire une d6ocupo- aition 'Vectorielle tenant compte simultanément du moment des leT18D1,
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des forces vives en jeu,
des variations de la force motrice et des
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variations de vitesse* Ce profil est 8u1 influence par la considérât* tion de la durée des différentes aollieitations et da OCIIID8I1C8I1ent et
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de la fin de leur application.
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On peut évidaament imaginer une foule d'exécution* mécani...
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ques différentes d'un système cinématique dans lesquelles la sollicitation
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rectillgne, par exemple, est systématiquement décomposée en une composante nomale et une composante tangentîellep celle-ci entraînant le mécanisme cO!l!!l.ana8 .
Ia figure 1 adiimaties ce principe d'une manière extrêmement sommaire* -En et!8t, si l'on considère une tringle a sollicitée dans le sens de la tlèche 1. par un effort Qu Ia tringle a est iatérienremant ter- minée par un galet l en contact avec le plan Incliné e d'un chariot à prenant appui sur un support solide soue<*jacent je à l'interrention de galets h, h'. L'effort Q se décompose, au point de contact 1 entre le
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galet b et le plan incliné e en une composante N normale au support sous-jacent a et une composante tangentielle T parallèle alt plan dudit support e. La composante normale N tend à appliquer, aest-à. dire à immobiliser le chariot d sur son support; la composante tangen- tielle T sollicite ledit chariot à se déplacer sur ledit support.
Ltintenaitè de la composante tangentielle T pour une sollicitation 0, donné-a est directement fonction de la pente c du plan incline ce Il en résulte que l'on fait varier cette pente, o'eet-à-dire l'angle 0( selon une loi prédéterminée en accord soit avec la loi de variation de la sollicitation si la direction de cette dernière est constante, soit avec la loi de variation de la direction des efforts si ceux-ci
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sont m nstants.
En d'autres termes, il suffira d'adapter la variation de l'anglepsoit à la variation des efforts, soit à la variation de la direction des efforts pour atteindra un rendement mécanique optimum*
Les figures 2, 3 et 4 schématisent trêa sommairement les éléments de combinaisons cinématiques dans lesquelles les sollicitations sont variables, mais de direction constante*
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Plus particulièrement, la figure 2 schématise une combi- naieon cinéma.
tiC}!1 entre un élément moteur animé d'un mouvement recta- ligne alternatif, dont la sollicitation subit une loi pratiquement sinusoïdale Cette disposition est schématisée par un cylindre 1 dans
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lequel peut se déplacer un piston 2, dont la tige 3 dûment guidée est temninée à son extrémité libre par un galet le Ce galet est guidé dans la rainure 5 d'un chemin de roulement capable d'entraîner un axe 6 au.. quel sont reliés les mécanismes appelés à se déplacer dans un mouvement de rotation continu.
L'invention porte tout particulièrement sur le profil de ce chemin de roulement, lequelest déterminé par différents facteurs: la décomposition statique à chaque point successif d'application de la sollicitation motrice doit donner une composante tangentielle relative- ment optimum; la composante tangentielle doit être proportionnée à la résistance passive du système mécanique; la marne composante tangentielle doit être maximum dais les limites les plus favorables de l'application de lteffort moto or
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Si l'on trace un chemin de roulement tenant compte de ces
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différente critères et aussi des motaents d'application des efforts maximum, on obtient une courbe sensiblement la même que celle schématisée aux figurée 2 et 4.
Pour un mouvement alternatif double, on obtient une courbe également double selon le profit schématisé à la figure 3. On remarquera que dans ces exécutions et contrairement à l'usage normal d'une came ou d'un excentrique, le chemin
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de roulement 5 mudécrit réalise un moyen cinématique intermédiaire entre le dispositif moteur et les orgmes récepteurs* Ce chemin de roulement a donc pour fonction nouvelle et essentielle de présenter successivement aux points de sol- licitation de l'effort moteur une surface orientée de la manière la plus favo- rable à la décomposition vectorielle de ladite sollicitation.
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Ia figure 2 schématise l'application de ce moyen nouveau la transformation d'un mouvement rectiligne alternatif en un mouvement circulaire continu.
On peut évidemment appliquer ce même moyen à toutes autres trans-
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formations de mouvemant, étant donné que toutes ..G8tfo#. qU8Ue. qu'elles soient,comportent soit des points morts, soit des points d'inflexion, soit encore des points de plus forte résistance passive On peut ainsi être amené
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à réaliser des mouvements, par exemple de propulsion, à partir d'ommoo moteurs animés d'un mouvement alternatif transformé en un mouvement de rotation continu* Un bel exemple d'application est fourni par la substitution de ce moyen nonveau au mécanisme à pédalier des bicyclettes ordinaires* On salit 111 effet que le mécanisme courant du pédalier avec chaine et double roue dentée présente de sérieux inconvénients à raison des mouvements négatifs qu'il implique et la présence des points morts haute et bas.
L'examen attentif de la mise en oeuvre d'un tel mécanisme à pédalier laisse rapidement apparaître son incompatibilité mécanique avec les effets physiologiques du système musculaire du cycliste* On remarque en effet que la position la plus favorable à la détente musculaire
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correspond à une disposition mécanique défavorable du système c1n¯tiqua et mveroeoen%* Si l'on ajoute à ces considérations les effets des points morts et la nécessité de ramener passivement le pédalier vers sa position actifs, on comprendra que leur rendement mécanique est précaire
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On obvie à la plupart de ces inconvénients par l'introduc- tion du système cinématique, 'objet de l'invention* Une telle application est schématisée aux figures 5 et 6.
Selon un mode d'exécution, on dispose de deux leviers 7, 8, capables de tourner autour d'un même axe 9 sous la sollicitation de l'effort moteur appliqué sur leur pédale respective 10, 11. Chaque levier est prolongé au-delà de l'axe 9 et ils sont chacun sur leur prolongement terminés par un galet, respectivement 12, 13.
Chaque galet appuie air un chemin de roulement 14, 15 dont le profil répond eux conditions précédemment développées et forment les caractéris- tiques indispensables mais suffisantes du dispositif cinématique, objet de l'invention. Ils tiennent compte notamment de la nécessité du ralentis- sement progressif de la jambe du cycliste de son arrêt et de son départ progressif en sans inverse* Ces deux chemins de roulement sont montés sur un axe commun 16 et chacun d'eux est prolongé au-delà des dits axes par une tringle, respectivement 17, 18.
Le bord antérieur de ces tringles 17, 18 est dentelé en tonne de crémaillère, dont les creux peuvent servir de point d'appui réglable pour une chaîne 19 qui, prenant appui sur l'une des tringles 17 par exemple, s'enroule autour d'une roue dentée 20 montée sur le moyeu 21 de la roue arrièrs 22 d'une bicyclette,, s'enroule ensuite autour d'un galet intermédiaire 23, revient vers le moyeu 21 et entoure une seconde rata dentée 20' pour venir finalement, par son bout libre, se fixer sur la seconde tringle le* Les profils des chemins de roulement 14, 15 ont été établis en sorte que, dûment combinés à la position initiale et à la position finale des pédaliers ?,
6 et à l'amplitude Ó du mouvement alternatif de ceux-ci, on provoque au droit du point d'application des galets 12 et 13 et de leur chemin de roulement respectif 14, 15, la décom- position vectorielle optimum au prorata des efforts moteurs* Les deux roues dentées 20, 23 seront montées à rochets, en aorte que le mouvement de bat- tement alternatif, respectivmeent des deux pédaliers 7, 8, soit transformé en un mouvement de rotation continu du moyeu 21 de la roue motrice, c'est- à-dire finalement d'un mouvement continu du véhicule.
On peut substituer au mouvementde battement des pédaliers 7,8un mouvement de rotation continu à l'image d'un pédalier ordinaire.
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Dans ce cas, on introduira entre le pédalier et le moyen de la roue motrice, un dispositif cinématique Mica. l'inTention, mais double, en sorte que l'on garde le bénéfice de la décomposition mécanique optimum.
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Une telle application est schématisée aammairamant à la figure 9. Cette exécution offre l'avantage d'une plus grande simplicité mécanique* En effet, le galet 24 du pédalier est en contact permanant avec le chemin de roulement continu 25 formé en quelque sorte par la superposition de
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deux chemins actifs ordinaires, selon les prescriptions aasdécritrs.
Ce chemin de roulement 25 est solidaire d'un balancier 26 servant de support, par exemple, à une tige filetée 27, 28 disposée angulairemant et symétri-
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quement par rapport à lau ZB Joignent le tourillon 36 et le mo7*u 21 et filetée dans un sens en 27 et dans l'autre sens en 28. sur la tige
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filetée 27.
28 sont montés des eorseurs, respectivement 30, 31 et ces curseurs serrant d'attache aux ex%r8miM* d'una chaîne 32 Tenait .'en.- rouler autour d'un pignon denté 33 monté sur le moyeu 21 de la roue mo- trice, et autour d'un second pignon denté en sorte qu'un effort de
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traction SUCC88SiV8lI8nt sur les deux brins de la chaîne 32 déplace le moyen 21 dans le même sens de rotation* La tige filetée 27, ±2 peut être simultanément déplacée par rotation sur elle-mame, à l'intenention, par exemple, d'un écrou. à papillon 35. On pourrait évidement encore appliquer
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ce dispositif cinématique de nombreuses autres manières 41ren1;es. les organes mécaniques étant pratiquement infinis dans leur forme et leur con<* ception.
Il suffit, pour réaliser un tel dispositif, d'interposer entre le moyen moteur et les organes récepteurs au moins un chemin de roulement présentant à l'organe moteur une surface d'appui, dont l'orientation est successivement modifiée, en vue d'atteindre une décomposition mécanique
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optimum au prorata des lois de Tuiatien du moment des levierop des forces vins, des vitesses et de l'amplitude des mouvements dsamodromiquemt commandés,
On remarquera que, dans certains cas, la surface de roulement ou de glissement approche le profil d'une came, plus spécialement de la came
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en coeur, 1I1Oyeunent toutefois de substantielles différences* Quelle qne
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@ soit l'analogie,
il fait se rappeler que les cames partent d'un mouvement déjà existant en abondance mouvement dont elles ne prennent qu'une pe- tite partie qu'elle transforment ensuite pour, par exemple, louer une soupape ou faire glisser un tiroir sans plus. Elles puisent, par exemple, du mouvement dans "la quantité de mouvement" du volant d'une machine à vapeur*
Il en est tout autrement des chemins de roulement selon l'invention. Ceux-ci transmettent non des mouvements, mais des forces (et à certains moments de l'énergie cinétique) mais ils s'efforcent de rendre indépendants les mouvements de l'élément moteur de celui de l'orgene qui reçoit la force*
Le premier est même considéré comme postérieurdans le temps au second, celui-ci n'étant pas la conséquence de celui-là.
Des forces sont transmises d'un organe à l'autre sans que ces organes ne doi- vent changer le mode de mouvement qui leur est propre.
Dans l'exemple déjà pris du cycliste, on constate qu'eu moment où il va appuyer sur la pédale pour transmettre une force, il n'y a pas encore de mouvement* Si la force a été suffisante et toutes les résistances vaincues, un premier mouvement est créé et le pied doit suivre le mouvement pour pouvoir appliquer une nouvelle force. Les jambes du cycliste ne font que suivre le mouvement qu'elles ont créé l'instant pré- cèdent, de façon à être à même de transmettre de nouvelles forces* Or, il y a avantage à ce que ce mouvement "de poursuite" se fasse en conformité avec la physiologie du cycliste et non pas en conformité avec des lois théoriques (Spirale d'Archimède, sinusoïde, etc.).
D'où la nécessité de l'invention, qui interpose entre l'organe moteur et l'organe récepteur un chemin de roulement qui favorise tantôt la vitesse tantôt la force*
L'invention réalise entre ces deux mouvements un lien élas- tique, mais dont l'élasticité n'empêche pas la transmission des forces, mais au contraire la favorise. Otent la différence essentielle entre @ l'objet de l'invention et les éléments cinématiques/présentant une cer- taine analogie morphologique avec le chemin de roulement de l'invention.
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"Kinematic device".
- The invention relates to the application. as a movement transformation device, a kinematic device that can be introduced in all cases. it is necessary to transform a reciprocating motion into a circular motion, or, conversely, from a circular motion into an alternating motion
This kinematics device in this new application is characterized in particular by the fact that the movement to be transformed was translated on the transformers into a constant steering stress,
said stress breaks down into a normal resistance valetzr and an effective tangential value under such conditions that the law of modification or of successive variation of the latter is invariable from the law of variation of the motor force * It follows that when the passive resistance of the driven system is minimum, the tangential component is also
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minimum, at the same time as the motor effort is minimum; conversely, when the passive resistance of the driven system is man¯, ie when the tangential component is maximum, the driving stress is also maximua.
It results from these characteristics that, by um judicious choice of the kinematic elements, can tend towards an optimum average mechanical rendering. Indeed. After we acupare pae such enimatic arrangement to a '1.1; th- run rod and maa.velle by eXll1ple, we see that we escape the superposition of the laws 81nuso! dale., r.8pee.
of resistive and motor torques * Of course, it is useful, to achieve this result, to superimpose two micaniomm so
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to escape the notorious drawbacks has a dead point .-
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the way characterize this new arrangement om% n-
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tick is that the special profile of the raceway or sliding
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Interposed between the orgmea comaatndeura and the organs o <8ll181.d4688t established in each case # so that at all times the stressed surface of said raceway is oriented in order to produce a vectorial ocupation simultaneously taking into account the moment of leT18D1,
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vital forces at play,
variations in driving force and
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speed variations * This profile is 8u1 influenced by the consideration of the duration of the different aollieitations and of the OCIIID8I1C8I1ent and
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of the end of their application.
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One can obviously imagine a host of mechanical execution * ...
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ques different from a kinematic system in which the stress
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rectillgne, for example, is systematically decomposed into a nominal component and a tangential component the latter involving the mechanism cO! l !! l.ana8.
Ia figure 1 adiimaties this principle in an extremely summary manner * -En and! 8t, if we consider a rod a stressed in the direction of the arrow 1. by a force which the rod a is iaterial ending by a roller l in contact with the inclined plane e of a carriage resting on a solid support soue <* jacent I to the intervention of rollers h, h '. The force Q breaks up, at the point of contact 1 between the
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roller b and the inclined plane e in a component N normal to the underlying support a and a tangential component T parallel to the plane of said support e. The normal component N tends to apply, aest-to. say to immobilize the carriage d on its support; the tangential component T causes said carriage to move on said support.
The content of the tangential component T for a stress 0, given-a is directly a function of the slope c of the inclined plane ce It follows that we vary this slope, o 'and in other words the angle 0 (according to a predetermined law in agreement either with the law of variation of the stress if the direction of the latter is constant, or with the law of variation of the direction of the forces if these
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are still.
In other words, it will suffice to adapt the variation of the anglep either to the variation of the forces, or to the variation of the direction of the forces to achieve an optimum mechanical efficiency *
Figures 2, 3 and 4 schematize very briefly the elements of kinematic combinations in which the stresses are variable, but of constant direction *
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More particularly, FIG. 2 schematically shows a cinema combination.
tiC}! 1 between a motor element animated by a reciprocating rectilinear movement, the stress of which is subjected to a practically sinusoidal law This arrangement is shown schematically by a cylinder 1 in
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which can move a piston 2, the duly guided rod 3 of which is temninée at its free end by a roller This roller is guided in the groove 5 of a raceway capable of driving an axis 6 at the .. which are connected the mechanisms called to move in a continuous rotational movement.
The invention relates most particularly to the profile of this raceway, which is determined by various factors: the static decomposition at each successive point of application of the driving stress must give a relatively optimum tangential component; the tangential component must be proportional to the passive resistance of the mechanical system; the tangential component marl must be maximum in the most favorable limits of the application of the golden motor effort
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If we trace a track taking into account these
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different criteria and also motaents of application of the maximum forces, we obtain a curve substantially the same as that shown schematically in figures 2 and 4.
For a double reciprocating movement, we obtain an equally double curve according to the profit shown schematically in figure 3. It will be noted that in these executions and contrary to the normal use of a cam or an eccentric, the path
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5 Mud-described rolling track provides an intermediate kinematic means between the driving device and the receiving organs * This rolling track therefore has the new and essential function of successively presenting at the points of solicitation of the driving force a surface oriented in the same way. more favorable to the vector decomposition of said stress.
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FIG. 2 schematically shows the application of this new means, the transformation of an alternating rectilinear movement into a continuous circular movement.
We can obviously apply this same means to all other trans-
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movement formations, since all ..G8tfo #. qU8Ue. whether they are, include either dead points, or inflection points, or even points of stronger passive resistance. One can thus be brought
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to realize movements, for example of propulsion, from omoo motors animated by a reciprocating movement transformed into a continuous rotational movement * A good example of application is provided by the substitution of this non-calf means for the pedal mechanism of the ordinary bicycles * The fact is that the current pedal mechanism with chain and double toothed wheel presents serious drawbacks on account of the negative movements it implies and the presence of the top and bottom dead centers.
Careful examination of the implementation of such a pedal mechanism quickly reveals its mechanical incompatibility with the physiological effects of the cyclist's muscular system * We notice that the position most favorable to muscle relaxation
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corresponds to an unfavorable mechanical arrangement of the c1n¯tiqua and mveroeoen% system * If we add to these considerations the effects of dead points and the need to passively return the pedal to its active position, we will understand that their mechanical performance is precarious
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Most of these drawbacks are overcome by the introduction of the kinematic system, object of the invention. Such an application is shown schematically in Figures 5 and 6.
According to one embodiment, there are two levers 7, 8, capable of rotating around the same axis 9 under the stress of the motor force applied to their respective pedal 10, 11. Each lever is extended beyond axis 9 and they are each on their extension terminated by a roller, respectively 12, 13.
Each roller supports air a raceway 14, 15, the profile of which meets the conditions previously developed and forms the essential but sufficient characteristics of the kinematic device, object of the invention. They take into account in particular the need for the gradual slowing down of the cyclist's leg from stopping and gradual departure without reverse * These two tracks are mounted on a common axis 16 and each of them is extended to the- beyond said axes by a rod, respectively 17, 18.
The front edge of these rods 17, 18 is serrated in the shape of a rack, the hollows of which can serve as an adjustable fulcrum for a chain 19 which, resting on one of the rods 17 for example, wraps around it. 'a toothed wheel 20 mounted on the hub 21 of the rear wheel 22 of a bicycle, then winds around an intermediate roller 23, returns to the hub 21 and surrounds a second toothed rata 20' to finally come, by its free end, attach to the second rod on * The profiles of the raceways 14, 15 have been established so that, duly combined with the initial position and the final position of the cranksets ?,
6 and at the amplitude Ó of the reciprocating movement of these, one causes at the right of the point of application of the rollers 12 and 13 and of their respective raceways 14, 15, the optimum vector decomposition in proportion to the forces motors * The two toothed wheels 20, 23 will be mounted with ratchets, so that the reciprocating movement of the two cranks 7, 8, is transformed into a continuous rotational movement of the hub 21 of the driving wheel, c 'that is to say finally of a continuous movement of the vehicle.
One can substitute for the flapping movement of the 7,8 cranksets a continuous rotational movement like an ordinary crankset.
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In this case, a Mica kinematic device will be introduced between the pedal and the drive wheel means. the intention, but double, so that one keeps the benefit of the optimum mechanical decomposition.
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Such an application is shown diagrammatically in FIG. 9. This embodiment offers the advantage of greater mechanical simplicity * In fact, the roller 24 of the crankset is in permanent contact with the continuous raceway 25 formed in a way by the superposition of
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two ordinary active paths, according to the prescriptions aasdescribed.
This raceway 25 is integral with a rocker 26 serving as a support, for example, for a threaded rod 27, 28 arranged angularly and symmetrical.
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cally with respect to lau ZB Join the journal 36 and the mo7 * u 21 and threaded in one direction at 27 and in the other direction at 28. on the rod
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threaded 27.
28 are mounted eorsors, respectively 30, 31 and these sliders tightening attachment to the ex% r8miM * of a chain 32 Tait .'en.- roll around a toothed pinion 33 mounted on the hub 21 of the mo wheel - trice, and around a second toothed pinion so that a force of
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traction SUCC88SiV8lI8nt on the two strands of the chain 32 moves the means 21 in the same direction of rotation * The threaded rod 27, ± 2 can be simultaneously moved by rotation on itself, with the intention, for example, of a nut. butterfly 35. We could obviously still apply
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this kinematic device in many other ways 41ren1; es. the mechanical organs being practically infinite in their form and design.
To achieve such a device, it suffices to interpose between the driving means and the receiving members at least one raceway presenting to the driving member a bearing surface, the orientation of which is successively modified, with a view to achieve mechanical decomposition
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optimum in proportion to Tuiatien's laws of the moment of leverage of the wine forces, of the speeds and of the amplitude of the dsamodromically controlled movements,
It will be noted that, in certain cases, the rolling or sliding surface approaches the profile of a cam, more especially of the cam.
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in the heart, however, there are substantial differences.
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@ either the analogy,
it reminds us that the cams start from an already existing movement in abundance of movement of which they take only a small part that they then transform to, for example, rent a valve or slide a drawer without more. They derive, for example, movement from the "momentum" of the flywheel of a steam engine *
It is quite different with the raceways according to the invention. These transmit not movements, but forces (and at certain times kinetic energy) but they strive to make the movements of the motor element independent of that of the organ which receives the force *
The first is even considered to be posterior in time to the second, the latter not being the consequence of the former.
Forces are transmitted from one organ to another without these organs having to change their own mode of movement.
In the example already taken of the cyclist, we see that when he is going to press the pedal to transmit a force, there is no movement yet * If the force has been sufficient and all resistances overcome, a first movement is created and the foot must follow the movement in order to apply a new force. The cyclist's legs only follow the movement they created the moment before, so as to be able to transmit new forces * Now, it is to the advantage that this movement "of pursuit" takes place. done in accordance with the physiology of the cyclist and not in accordance with theoretical laws (Archimedean spiral, sinusoid, etc.).
Hence the need for the invention, which interposes between the driving member and the receiving member a track which sometimes promotes speed and sometimes force *
The invention creates an elastic link between these two movements, but the elasticity of which does not prevent the transmission of forces, but on the contrary favors it. The essential difference between @ the object of the invention and the kinematic elements / exhibiting a certain morphological analogy with the raceway of the invention.