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Perfectionnements apportés aux changements de vitesse mécaniques du type continu.
La présente invention concerne les changements de vitesse du genre de ceux comportant un ou plusieurs systèmes de bielles-manivelles (ou trois-barres) transformant un mouve- ment circulaire continu en mouvement circulaire alternatif à amplitude variable, ce dernier étant à son tour transformé en mouvement circulaire continu par l'intermédiaire de sélecteurs, c'est-à-dire de mécanismes d'entraînement à sens unique (roues libres).
Il est connu que de tels systèmes ne peuvent trans- mettre pratiquement un couple important qu'à condition que le mouvement récepteur, agissant sur le sélecteur, soit homociné- tique pendant la course active du sélecteur, c'est-à-dire que, pendant la course qui correspond à une transmission de couple sur le sélecteur, la vitesse de celui-ci ,soit dans un rapport cons-
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tant avec la vitesse de la manivelle motrice. De plus cette zone d'homocinétie doit se maintenir quelle que soit l'amplitude du mouvement récepteur.
Dans les systèmes de ce genre connus à ce jour l'ho- mocinétie n'est qu'apparente et ne peut être contrôlée que graphi- quement. Cette méthode elle-même présente de nombreuses causes d'erreur et le résultat pratique est que la zone d'homocinétie du mécanisme est insuffisante pour éviter aux organes sélecteurs des chocs de mise en prise qui les empêchent de fonctionner nor- malement dés que le couple transmis prend une certaine importance.
De plus la zone d'homocinétie ne reste pas constante quand l'am- plitude du mouvement récepteur varie et c'est surtout dans les mouvements de petite amplitude, lorsque le Couple est le plus grand, que l'homocinétie devient pratiquement nulle. '
La présente invention a pour but de simplifier le mécanisme nécessaire à la réalisation d'un tel système, de façon à réduire au minimum toutes les pièces animées d'un mouvement alternatif et de rendre la disposition des divers organes telle, qu'elle permette de définir des dimensions mathématiquement exactes en vue d'obtenir une zone d'homocinétie qui couvre réel- lement toute l'étendue de l'amplitude de travail des sélecteurs, tout en maintenant la valeur de cette zone pratiquement constante quelle que soit l'amplitude du mouvement récepteur.
Le mécanisme suivant l'invention est caractérisé essen- tiellement par le fait qu'une manivelle motrice à rotation conti- nue transmet à un pendule des oscillations que celui-ci transmet à son tour par l'entremise d'une bielle à la manivelle réceptrice.
Pour réaliser l'homocinétie, on dispose le centre d'oscillation du pendule et le centre d'oscillation de la manivelle réceptrice de part et d'autre de la bielle et l'on agence l'organe sélec- teur (roue libre) actionné par la manivelle réceptrice de façon que le sens du mouvement de l'arbre entraîné soit inverse de celui de la manivelle motrice.
Ceci étant, on détermine la longueur de
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la manivelle réceptrice et l'emplacement de son centre de pivote- ment de telle sorte que le produit de la vitesse de l'articula- tion de la bielle au pendule, par le rapport des longueurs obtenues, sur la droite qui joint les centres d'oscillation du pendule et de la manivelle réceptrice, par l'intersection de cette droite avec l'axe de la bielle, reste constant pendant une course de la manivelle réceptrice correspondant à une transmission de couple (puissance). On a trouvé qu'il est possible de faire en sorte que cette course corresponde au moins à un quart de tour du mouve- ment moteur.
Ce mécanisme se prête très facilement à faire varier l'amplitude du mouvement des sélecteurs et par conséquent la vitesse de l'arbre récepteur. A cet effet, il suffit de modifier la position du pivot autour duquel oscille le pendule. Une dis- position commode consiste à monter ce pivot à l'extrémité d'un bras articulé en un point fixe.
Dans une forme d'exécution avantageuse de l'invention les organes sont dimensionnés de telle sorte que le centre du pivot du pendule puisse venir coïncider avec le centre de l'ar- ticulation de la commande du levier sélecteur ce qui permet de réaliser le point mort avec un mouvement nul au récepteur.
Une autre disposition intéressante consiste à dimen- sionner les organes de telle sorte que, si l'amplitude minimum ne doit pasrêtre nulle, le lieu des différentes positions du centre du pivot du pendule, déterminées par les différentes amplitudes entre le maximum et le minimum; soit un arc de cercle dont le centre coïncide avec le centre du vilebrequin.
L'invention comprend également une disposition telle que le centre réel de l'arbre récepteur se trouve déplacé à une distance quelconque du centre récepteur déterminé par le principe général, ce dernier servant de pivot à un relais.
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Sur les dessins annexés qui complètent la description et montrent à titre d'exemple quelques formes de réalisation de l'invention :
La Fig. 1 représente schématiquement un mécanisme établi suivant le principe général de l'invention et dessiné dans une position correspondant à une amplitude maximum au récepteur.
Les Figs. II et III représentent le même mécanisme res- pectivement à des positions d'amplitude moindre et d'amplitude nulle.
La Fig. IV montre schématiquement le mouvement des diverses articulations.
La Fig. V est un graphique des courbes représentatives des vitesses des articulations du système.
La Fig. VI montre schématiquement la façon dont est obtenue la variation d'amplitude.
La Fig. VII représente schématiquement un mécanisme où l'articulation primaire de la bielle a été déplacée, afin d'ac- croître l'amplitude de son oscillation.
La Fig. VIII montre schématiquement un mécanisme où le centre de déplacement du pivot du pendule coïncide avec le centre du vilebrequin.
La Fig. IX explique les mouvements du mécanisme re- présenté par la Fig. VIII.
La Fig. X représente un mécanisme où l'arbre récepteur a été placé à une distance quelconque du centre récepteur réel.
La Fig. XI montre schématiquement un ensemble de 4 em- biellages assurant une rotation continue de l'arbre récepteur.
La Fig. XII montre schématiquement un dispositif où un changement de vitesse à étages est accouplé au changement de vi- tesse continu.
Selon l'invention, pour établir un mécanisme de chan- gement de vitesse où, pour une vitesse constante de l'arbre mo-
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teur' désigné sur les dessins par le chiffre 1, on se propose d'obtenir à l'arbre récepteur 11 une variation continue du rapport des vitesses, pouvant aller d'un maximum à l'arrêt complet de l'arbre récepteur, on procède par exemple comme suit (Figs.
I, II et III) :
Un pendule 4 pivotant en 5 sur un bras de support 12, lui-même articulé en un point fixe 13, est actionné par la mani- velle 2 de l'arbre moteur 1, de préférence au moyen d'un coulis- seau 3 coulissant dans la fourche du pendule 4. Le mouvement oscil- lant du pendule 4 ainsi obtenu est transmis à l'organe sélecteur (roue libre) 10 par l'intermédiaire d'une bielle 6 articulée d'une part en 7 sur le pendule 4, et d'autre part reliée par l'articula- tion 8 au levier de-commande 9 du sélecteur 10. Ce dernier trans- met son impulsion unilatérale à l'arbre récepteur 11.
Lorsque, par suite d'un déplacement du bras 12, le pivot 5 se trouve dans une position qui le rapproche du centre récepteur 11 (voir Fig. II) l'amplitude de l'oscillation résul- tante sur le levier récepteur 9 se trouve diminuée, malgré que l'oscillation du,pendule-4 soit restée constante. Ceci résulte de la nouvelle position angulaire de la bielle 6 par rapport au pendule 4.
Si la longueur de la bielle 6 est égale à la distance séparant l'articulation 7 du pivot 5, on peut arriver (Fig. III) à déplacer le bras 12 de telle sorte que le centre du pivot 5 se superpose à l'articulation 8 du levier récepteur 9 ; ce moment l'oscillation du pendule 4 n'a plus d'effet oscillant sur le levier 9, qui reste immobile.
On a ainsi réalisé un système cinématique qui trans- forme un mouvement circulaire continu en mouvement oscillant variable, cette variation s'étendant d'une façon continue entre un maximum et l'arrêt complet, et en supposant que le levier récepteur 9 transmette le mouvement moteur à l'organe sélecteur 10
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dans le sens de la flèche f, ce mouvement moteur correspond sur l'arbre moteur à une zone comprise entre les points A et B du mouvement de la manivelle 2 et dans le sens de la flèche F.
Les conditions d'homocinétie énoncées plus haut exigent que la vitesse du mouvement de l'articulation 8 soit, dans une certaine partie de sa course, dans un rapport constant avec la ' vitesse de la manivelle 2.
Cinématiquement le système peut se décomposer en deux parties: (Fig. IV) un système primaire (tracé en gras) qui comprend la manivelle motrice 2 et le pendule 4 et un système secondaire comprenant la manivelle b formée par le pendule 4 entre le pivot 5 et l'articulation 7, la bielle 6 et le levier récepteur 9; les centres de pivotement 5 et 11 des manivelles de ce système se trouvent opposés par rapport à l'axe de la bielle 6.
Le mouvement du système primaire imprime à l'arti- culation 7 un mouvement oscillant dont la vitesse s'exprime, sur la partie correspondant au mouvement de A vers B de la manivelle 2, par une sinusoïde symétrique représentée sur le graphique de la figure V par la courbe VI.
Le système secondaire transforme cette vitesse VI de l'articulation 7 en une vitesse VII de l'articulation 8. En supposant la vitesse VI constante, la vitesse de l'articulation 8 se trouverait exprimée par une sinusoïde telle que celle repré- sentée par la courbe Vc sur le graphique de la Fig. V. La aracté- ristique de cette courbe est qu'elle est inversée par rapport à la courbe VI, ceci grâce à la disposition particulière des mani- velles opposées de ce système à trois -.,barres.
La vitesse réelle VII de l'articulation 8, lorsque la vitesse VI n'est pas constante mais représentée par la courbe VI, est le produit des valeurs respectives des courbes VI et Vc.
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Il suffit dès lors pour obtenir un palier homociné- tique dans la courbe VII, d'établir, pour un système primaire donné; les dimensions des paramètres du système secondaire de telle sorte que la courbe Vc, représentative du système, donne par multiplication avec la valeur primaire, une constante.
; Ce résultat est obtenu lorsque les deux segments x et y formés sur la droite qui joint les centres 5 et 11 par l'inter- section avec la bielle 6, sont dans un rapport tel que pour toute position instantanée comprise dans la zone d'homocinétie, le pro- duit de la valeur de la vitesse instantanée de l'articulation 7 par la valeur du rapport ß donne une constante, soit : VI x x/y = K.
A titre d'exemple ces conditions peuvent être réalisées si l'on fait en sorte que les dimensions relatives des organes constituants sont comprises dans les limites suivantes : en se référant à la Fig. IV, m (distance entre les points 1 et 2) étant supposée égale à le 12 (distance 5 - 7) = 3 à 4 m; r (distance 8 - 11) = b : 1,5 à b : 2,5; a (distance 1 - 11) = 2,5 à 3,5 r; n(distance 1 - 5) = 2,5 à 5 m.
Il est à remarquer que par suite de la disposition pendulaire adoptée dans le système primaire, la partie de la course de la manivelle motrice 2 qui transmet un mouvement actif au levier récepteur 9 s'étend sur une zone notablement plus grande que 180 , ce qui permet d'étendre la zone homocinétique au maxi- mum, sans présenter aux fins de course du levier récepteur 9 des accélérations et décélérations excessives. La zone homocinétique peut par conséquent atteindre et même dépasser 90 de rotation de la manivelle motrice.
Le rapport constant ainsi établi entre la vitesse uniforme de l'arbre moteur 1 et celle de l'arbre récepteur 11 est mesuré par le rapport existant entre les déplacements angulai- res de la manivelle motrice 2, et ceux, ', correspondants du levier récepteur 9. Pour faire varier ce rapport il suffirait de
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déplacer le centre récepteur 11, et de le mettre par exemple en 11' comme indiqué sur la Fig. IV pour obtenir un nouveau système secon- daire qui donne une nouvelle courbe V (voir Fig. V) satisfai- sante pour engendrer une nouvelle courbe V'II semblable à VII mais décalée sur l'échelle des vitesses. Dans la Fig. V, les vitesses sont indiquées en ordonnées, les déplacements angulaires de la manivelle motrice étant portés en abscisses.
Comme la droite 5 - 11 détermine le rapport des vi- tesses motrice et réceptrice et que le rapport est fonction y de la longueur du levier récepteur 9 et de l'angle 6 que forme ce levier avec la bielle 6, cet angle déterminant la position du centre 11, il suffit de donner au levier 9 et à l'angle 6 des valeurs telles que la relation Vr x x = K se vérifie, quelle que y soit la valeur de l'entre-axe 5 - 11, pour que la zone d'homo- cinétie subsiste à n'importe quel rapport de démultiplication.
On voit immédiatement que, passant à la limite, et en plaçant le centre récepteur 11 à une distance du pivot 5 qui égale la longueur du levier récepteur 9, soit en 11", on obtient une vitesse nulle pour l'articulation 8.
Toutefois, des considérations de réalisation pratique font préférer le déplacement du pivot 5, plutôt que le déplacement du centre 11, celui-ci restant fixe. Comme représenté sur la figure VI, le résultat est le même, car le calcul montre que dans la combinaison des deux systèmes primaire et secondaire, déterminée par le triangle de référence 1 - 5 - 11, il suffit de faire varier deux paramètres pour obtenir le résultat exigé ci-dessus, c'est- à-dire la variation du déplacement angulaire du levier récepteur 9 pour un déplacement angulaire constant de la manivelle 2. Dès lors on peut, au lieu de varier les paramètres 1 - 11 et 5 - 11, fixer le paramètre 1 - 11 et faire varier les paramètres 1 - 5 et 5 - 11.
Le lieu des positions du pivot 5 qui satisfait à la'condition de maintien de la zone homocinétique pour tous les rapports de vi-
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tesses compris entre un maximum et zéro, est une portion de cyclolde assimilable pratiquement à un arc de cercle. Il est donc possible de localiser le pivot 5 sur un organe tel que le bras 12 pour que la rotation de celui-ci autour d'un centre 13 respecte la loi de déplacement du pivot 5.
Une autre disposition avantageuse consiste à déplacer l'articulation 7 comme le montre la Fig. VII.
Il est évident que l'amplitude maximum de l'oscilla- tion du levier récepteur 9 dépend de celle de l'articulation 7 qui est elle-même fonction de la longueur b. constituant la partie manivelle-secondaire du pendule 4.
Cette amplitude peut être augmentée en augmentant b, par exemple en b'. Il en résulte au levier récepteur 9 une ampli- tude plus grande et par conséquent un rapport de démultiplication maximum plus petit qui peut être avantageux dans la pratique parce qu'il agrandit la zone de variation continue des vitesses.
Toutefois la nouvelle position de l'articulation 7, ,soit 7', rendrait une réalisation pratique impossible parce qu'elle se trouverait dans le plan de débattement de la manivelle 2.
Pour rendre la construction possible, cette articula- tion 7' est déportée en 7" par déplacement angulaire p autour du pivot 5. Le système secondaire ne s'en trouve pas modifié et est reporté aux points 5 - 7"- 8" - 11". Il est à noter que par suite de la variation du paramètre 1 - 11 le déplacement angulaire mentionné exige l'établissement de nouvelles dimensions du système secondaire pour satisfaire la courbe de vitesse Vc requise par la courbe VI.
Selon un autre mode de réalisation et notamment dans le cas où la vitesse minimum du levier récepteur 9 ne doit pas être nulle, il est possible de faire coïncider le centre 13 du bras 12 avec le centre 1 de l'arbre moteur (Fig. VIII).
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Dans cette disposition la longueur de la bielle 6 ne correspond plus à la longueur b de la manivelle secondaire formée par le pendule 4. Le faisceau décrit par l'articulation 8 de la bielle n'a plus, dans ce cas, une origine ponctuelle comme dans le cas représenté par la Fig. IV mais se trouve déformé comme le montre la Fig. IX.
Cette déformation a, sur le système secondaire, un effet analogue à celui que produirait la variation du paramètre 1 - 5 dans le mode d'exécution précédent. Lorsque la longueur de la bielle 6 est convenablement choisie, le déplacement du centre récepteur 11, en vue d'obtenir une variation de vitesse du levier récepteur, s'effectue sur un arc de cercle ayant le paramètre 1 - 11 comme rayon et seul le paramètre 5-11 varie. Dès lors il est indifférent de déplacer le centre récepteur 11 ou le pivot 5 du pendule 4, les distances respectives de ces points au centre moteur 1 étant invariables, et il est possiblé' d'articuler le balancier 12 sur le centre 1, comme le montre la Fig.' VIII.
Il est évident que, dans ce cas, l'amplitude du levier récepteur 9 ne peut devenir nulle, mais cette particularité n'est pas;toujours exigée en pratique et cette disposition présente des avantages constructifs, non seulement au point de vue coïncidence des cen- tres 1 et 13 mais aussi parce qu'elle permet d'éviter la super- position des centres 5 et 8.
Une autre réalisation de l'invention consiste à dé- placer le centre récepteur réel de manière à rendre la construction, et en particulierµelle de l'organe sélecteur, indépendante des paramètres définis théoriquement par l'ensemble du système (Fig.X).
A cet effet le centre récepteur théorique 11 ne sert plus que de pivot à un levier double 9/14, la partie désignée sous 9 étant celle précédemment considérée comme levier récepteur. Le centre de l'arbre récepteur peut être déplacé en 17, d'une dis- tance d quelconque, et le levier de commande 16 des sélecteurs
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est relié au levier de renvoi 14 par une bielle 15. La condition nécessaire pour que l'homocinétie soit respectée pour le mouve- ment du levier sélecteur 16 est que celui-ci ait la même longueur que le levier de renvoi 14 et que la longueur de la bielle 15 soit égale à la distance d.
On a ainsi réalisé un parallélogramme et il est évi- dent que les déplacements angulaires du levier 16 seront identi- ques aux déplacements angulaires du levier de renvoi 14, ceux- ci étant eux-même identiques à ceux du levier récepteur 9. Comme le levier 14 peut former avec le levier récepteur 9 un angle quelconque, le centre récepteur réel 17' peut donc se trouver à n'importe quel point du plan du système.
L'organe sélecteur mentionné dans cette description par la référence 10 peut être réalisé de diverses manières, bien qu'il paraisse avantageux d'adopter le dispositif décrit dans le brevet belge N 464. 564 des demandeurs, lequel est plus spécia- lement conçu pour son utilisation dans des variateurs de vitesse du genre de celui décrit dans la présente invention.
Un changement de vitesse continu, établi suivant l'in- vention, comprendra plusieurs systèmes, comme ceux décrits précé- demment, accouplés en série.
En effet pour assurer la continuité de rotation de l'arbre récepteur celui-ci doit comporter un nombre de sélecteurs, travaillant successivement, tel que l'impulsion motrice qui leur est transmise soit reprise sans solution de continuité par le , sélecteur suivant lorsque le précédent a terminé sa course homo- cinétique.
Lorsque l'amplitude homocinétique correspond à 90 de rotation du vilebrequin, un tel ensemble doit comporter 4 embiel- lages. La Fig. XI montre un tel ensemble, commandé par un vile- brequin 1 comportant quatre manetons 2 disposés à 90 dans l'ordre I - II - III - IV. Il est à noter que ce chiffre constitue prati-
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quement un minimum, car lorsque la zone homocinétique dépasse largement 90 et atteint par exemple 120 ( ce qui correspond à 3 embiellages ) les accélérations et décélérations aux début et fin de course du mouvement récepteur deviennent trop importantes, surtout lorsque le mécanisme est entraîné à grande vitesse dans certaines applications particulières.
On peut combiner en outre un changement de vitesse de ce genre avec un dispositif de renversement de marche, situé à la sortie de l'arbre récepteur, qui assure dans le sens'de marche opposé au sens normal de rotation de l'arbre récepteur, les mêmes caractéristiques de variation continue, dans les mêmes proportions de rapports de vitesses que le dispositif direct.
De plus, et dans le but de multiplier le couple transmissible par le changement de vitesse continu, surtout en grande démultiplication, on peut combiner le changement de vitesse continu avec un changement de vitesse étagé. La Fig. XII montre un tel mode de réalisation où un changement de vitesse à 2 vitesses est monté en bout de l'arbre récepteur. Si ce change- ment de vitesse comporte une prise directe et une démultiplica- tion de 1/2 et que d'autre part le changement de vitesse continu varie entre le rapport # et 1/3, on obtient deux gammes de vi- tesses continues, l'une allant du rapport # au rapport 1/3 et pouvant transmettre un couple x et l'autre allant du rapport # au rapport 1/6 avec la possibilité de transmettre un couple de 2 x.
Les applications des changements de vitesse continus, conformes à la présente invention sont des plus variées et trou- vent leur application dans tous les cas où une variation de vi- tesse ou de couple, ou les deux, sont exigés dans une transmis- sion; la commande de la variation de vitesse peut être directe ou assurée par un mécanisme de commande quelconque : hydraulique,
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pneumatique, électrique etc. Ce mécanisme peut lui-même être commandé par un automate quelconque. Dans certains cas et plus spécialement lorsque le changement de vitesse est commandé par un moteur à explosions, il peut être incorporé dans le moteur, de manière à ce que le même vilebrequin porte les bielles motrices et les embiellages du changement de vitesse.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réalisa- tion employé, on a de toute façon réalisé un mécanisme dont le fonctionnement ressort suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'entrer à son sujet dans aucune explication com- plémentaire et qui présente par rapport aux dispositifs déjà connus de nombreux avantages, notamment : celui de réaliser le système cinématique le plus simple pour transformer un mouvement circulaire continu en mouve- ment circulaire alternatif à amplitude variable; celui de réaliser, dans un tel système une homocinétie du récepteur pratiquement exacte, quelle que soit l'amplitude du mouvement au dit récepteur; celui d'étendre d'une quantité importante la zone de variation continue des rapports de vitesse entre les arbres mo- teur et récepteur;
celui de réduire au strict minimum le nombre des pièces en mouvement alternatif et de faciliter ainsi, par la diminution des forces d'inertie, l'équilibrage et le dimensionnement des or- ganes constituants; celui de permettre de dimensionner les dits organes de telle sorte que le rendement spécifique (rapport puissance/poids) se trouve fortement augmenté.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui , de ses'modes d'application, non plus qu'à ceux de ses modes de réali. sation de ses diverses parties qui ont été plus spécialement indi- qués, mais elle en embrasse toutes les variantes.