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Changement de vitesse planétaire à friction.
La présente invention a pour objet un changement de vitesse planétaire à friction, caractérisé en ce que les sa- tellites sont constitués par des billes dépourvues d'axe maté- rialisé, en ce que chacune des billes présente un point de con- tact avec chacun des quatre chemins de roulement, dont l'un au moins est moteur, l'un au moins récepteur, l'un au moins angu- lairement fixe, deux de ces quatre chemins de roulement étant angulairement solidaires, et en ce qu'il comporte au moins un dispositif de serrage des chemins de roulement contre les billes.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil faisant l'objet de l'invention.
Les figs.l à 5 sont des schémas servant à illustrer les principes sur lesquels repose le fonctionnement de l'appareil.
La fig. 6 est une vue en coupe axiale d'une première forme d'exécution de l'appareil.
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la fig. 7 est uhe vue analogue d'une deuxième forme d'exécution.
La fig. 8 est une vue analogue d'une troisième forme d'exécution.
La fig. 9 est une vue de détail d'une variante de la forme d'exécution selon la fig.6.
La fig.10 est une vue en plan développé, partielle, cor- respondant à la fig. 9.
La fig.ll représente un détail d'une variante.
Sur les figs.l à 5, on a représenté un satellite consti- tué par une bille 5 serrée entre quatre chemins de roulement annulaires 1, 2, 3 et 4 par des dispositifs non représentés; ces chemins de roulement ont un axe de révolution commun X-X'. On a représenté une seule bille dans le plan du dessin, alors qu'en réalité plusieurs billes sont réparties sur le pourtour des chemins de roulement. Les points de contact de la bille'5 avec ses chemins de roulement 1, 2, 3 et 4 sont indiqués en la, 2a, 3a et 4a. Dans la description qui suit, le chemin de roulement 1 sera supposé fixe, le chemin 2 solidaire d'un arbre récepteur coaxial avec X-X' et les deux chemins 3 et 4 angulairement soli- daires l'un de l'autre et solidaires d'un arbre moteur coaxial avec X-X'.
Les deux points de contact Sa. et 4a de la bille 5 avec les chemins de roulement 3 et 4 déterminent une droite qui coupe l'axe X-X' en 0, sommet d'un cône ayant cette droite comme génératrice. Les points de contact la, 2a, 3a et 4a sont respec- tivement à des distances rl, r2, r3 et r4 de l'axe X-X' et à des distances sl, s2, s3 et s4 d'un axe passant par le centre de la bille 5 et le sommet du cône 0.
On voit que les quatre chemins de roulement et la bille déterrrinent un changement de vitesse planétaire, comprenant d'abord trois roues coaxiales, trois roues planétaires, une première roue planétaire est constituée par le cône de sommet 0
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d'axe X-X' et de demi-ouverture m, ayant la droite 3a-4a comme génératrice, une deuxième roue planétaire de rayon rl formée par le corps 1, une troisième roue planétaire de rayon r2 formée par le corps 2 et un stalettite constitué par la bille 5, dépourvue d'axe matérialisé, mais ayant comme axe de rotation l'axe passant par son centre et le sommet du cône 0, axe de satellite.
Le rapport de transmission entre l'arbre moteur soli- daire des corps 3 et 4, et l'arbre récepteur solidaire du corps 2 est donné par la relation:
EMI3.1
s 1 s2 n2 ¯¯¯¯¯¯¯r2¯¯¯¯ n34 Si + s ri r s/r étant égal à s3/r3 = s4/r4.
Le diamètre de la bille et la distance de son centre à l'axe X-X' étant supposés donnés, le rapport de transmission ci-dessus dépend de la position des Quatre points de contact 1a, 2a 3a et 4a. Pendant le fonctionnement, la bille tourne autour de l'axe satellite 5-0, décrivant lui-même dans l'espace un cône d'angle d'ouverture 2a. (fig.l). La. vitesse du corps 2 est nulle pour sl/rl = s2/r2, c'est-à-dire lorsque la droite la-2a passe par le sommet du cône 0.
Si nous supposons que les trois points de contact la, Sa et 4a. sont dans des positions déterminées et qu'on choisit pour le point de contact 2a différentes positions sur la bille, on voit que le rapport de transmission sera négatif lorsaue le point de contact 2a se trouvera sur l'arc 2a'-2a-la. Il sera au contraire positif lorsque le point 2a se trouvera sur l'arc 2a'- 3a-4a-la. Ce rapport de transmission est le même pour deux points 2a" et 2a"' alignés sur le sommet du cône 0. -
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Les deux cônes de sommet 0 tangents à la bille en de- dans ou en dehors déterminent deux points de contact, non fi- gurés, pour lesquels le rapport de transmission est maximum en valeur absolue.
Toutes les considérations que nous venons de faire sont valables pour toute position du sommet du cône 0 sur l'axe X-X', c'est-à-dire également lorsque ce sommet 0 est rejeté à l'infini, condition qui se trouve satisfaite par le cas particulier de la fig.2, où la droite 3a-4a est parallèle à l'axe X-X'.
Comme, dans ce cas particulier, la droite la-2a a été également choisie parallèle à l'axe X-X', les points la et 2a sont alignés sur le sommet à l'infini du cône 0 et le rapport de transmission d'un appareil dans la position particulière de la fig.2 est nul; le corps 2 ne tourne pas.
Pour obtenir un. changement de vitesse variable et nro- gressif, il suffira de faire varier les points de contact 1a, 2a, Sa et 4a de la. bille 5 sur les chemins de roulement 1, 2, 3 et 4. Cette variation des points de contact est obtenue par dé- placement axial des chemins de roulement et est illustrée sur les figs.l à 3.
La fig.2 représente une position moyenne de la bille 5 pour laquelle le rapport de transmission est nul comme il a été dit.
La fig.l représente une position de la bille 5 pour la- quelle le rapport de transmission est négatif. On voit que l'on passe de la position de le fig.2 à celle de la fig.l en déplaçant le corps 2 vers la droite d'une quantité t (fig.l) et en rappro- chant corrélativement les corps .?: et 4.
La fig., représente une position de la bille 5 pour la- quelle le rapport de transmission est positif. On voit que l'on passe de la position de la fig.2 à celle de la fig.3 en déplaçant le corps 2 vers la gauche d'une quantité t' (fig.3) et en écartant corrélativement les corps 3 et 4.
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Pratiquement, il est avantageux d'utiliser des chemins de roulement tels que ceux représentés sur les figs.4 et 5, où deux d'entre eux qui sont opposés par rapport au centre de la bille comportent des génératrices équidistantes en tout point.
Sur la fig.4, ces génératrices équidistantes sont deux arcs de cercle concentriques. On pourrait d'ailleurs utiliser comme gé- nératrices deux courbes quelconques. Sur la fig.5, les deux géné- ratrices équidistantes sont deux droites parallèles déterminant deux cônes d'axe X-X' et de même ouverture. Cette disposition per- met de varier le rapport de transmission en ne déplacent axiale- ment que deux des quatre corps, soit les corps 2 et 4, soit comme dans le cas de la fig.5, les corps 1 et 3.
Ces explications ayant bien fait comprendre les proprié- tés cinématiques de l'appareil, on va Maintenant décrire plusieurs formes d'exécution, qui comportent, en outre, des dispositifs de serrage des chemins de roulement contre les billes, et, toujours pour la clarté de l'exposé, on commencera par une première forme, fig.6 où le rapport des vitesses entre l'arbre menant et l'ar- bre mené est invariable.
Sur cette fig.6, on a représenta en 6 un arbre menant portant à l'une de ses extrémités deux chemins de roulement co- niques 7 et 8, sur lesquels viennent s'appuyer trois satellites constitués par des billes, dont deux 9 et 9' sont visibles sur la fig.6. Ces billes s'appuient extérieurement contre un chemin de roulement 10, de forme conique et coaxial avec l'arbre 6, porté par un corps 11. Le corps 11 est angulairement fixé par une vis 14 dont le pivot s'engage dnns une rainure 15 du corps 11. Les conicités des trois chemins de roulement 7,8 et 10 ont été choisies égales, mais il est évident qu'elles pourraient être différentes. L'arbre 6 est porté par un roulement à billes 12, logé dans un corps 15 formant le bâti de l'appareil.
Cet arbre est longitudinalement libre, de manière à permettre aux
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chemins de roulement 7 et 8 de s'appliquer à la demande contre les billes de transmission 9 et 9'. Ces billes sont en contact avec un quatrième dhemin de roulement 16 que comporte une cuvette 17. La conicité du chemin de roulement 16, oui pourrait être quel- conque, a été choisie ici très peu différente de celle des che- mins 7,8 et 10. La cuvette 17 est' appuyée constamment contre les billes de transmission par un dispositif de serrage qui va être décrit.
Comme on le comprend facilement, il est important qu'aucun dérapage (à ne pas confondre avec le léger glissement que la théorie montre être inévitable et permet d'évaluer) ne puisse se produire en aucun des points de contact; pour cela, il est nécessaire que les chemins de roulement soient constamment appliqués sur les billes par une force longitudinale assurant une pression normale à chaque point de contact, oui soit plus de dix fois supérieure à celle de glissement en ce point (le coefficient de frottement acier-acier entre billes et chemins de roulement étant d'environ 0,1).
Dans les appareils ne transmet- tant qu'une puissance négligeable, on peut, cet effet, se servir d'un simple ressort, mais si l'appareil doit transmettre quelque puissance et si l'on désire que son rendement soit assez bon, même sous de faibles couples, un dispositif spécial doit procu- rer un serrage automatiquement proportionné à ce couple.
Le dispositif de serrage automatique représenté sur la fig.6 comporte un corps médian 21 en liaison avec la cuvette 17 par l'intermédiaire de deux billes 19 logées partiellement dans des logements 20 du corps médian 21 et partiellement dans des logements 18 de la cuvette 17, ces logements étant prévus sur des surfaces de ces organes normales à l'axe de rotation de l'appareil. Les logements 19 sont coniques et diamétralement opposés. Les logements 20, également diamétraux, sont en forme de dièdre, l'angle d'ouverture du dièdre étant égal à celui des logements coniques 12.
Cette disposition des logements procure
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une certaine latitude angulaire au corps médian, autour d'un axe Z-Z' passant par les centres des billes de serrage 19 et une certaine latitude de translation parallèle à cet axe, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe général de l'appareil.
Le corps médian 21 porte sur sa face opposée à celle comportant les logements 20 deux autres logements diamétraux 22, en forme de dièdres, qui sont sur un diamètre perpendiculaire à celui des dièdres 20, et dont un seul est visible en pointillé sur la fig.6 ; logements reçoivent chacun une bille 23 s'en- gageant également partiellement dans un logement coninue 24 porté par une cloche 25, solidaire de l'arbre récepteur 26.
Lorsque la cloche 25 est convenablement adossée, elle peut être entraînée angulairement par le corps médian 21, par l'intermédiaire des deux billes 23 le corps médian 21 étant lui-même entraîné par la cuvette 17, par l'intermédiaire des deux billes 19.
Les logements en forme de dièdre 22 permettent au cords médian 21 une translation perpendiculaire à l'axe général de l'appareil et orthogonale à l'axe Z-Z', et aussi un déplacement angulaire autour de l'axe passant par le centre des deux billes 23. Il résulte de là que le dispositif décrit est l'éauivalent d'un joint de cardan, dans lequel un glissement radial serait possible sur chaque axe d'articulation de telle manière qu'il rende possible un centrage automatioue, sans coincement du corps médian 17 nonobstant une erreur angulaire de montage entre ces deux organes et nonobstant également un 14ger désaxage trans- versal des dites pièces. C'est dans ce but que le corps médian 21 possède un jeu radial relativement grand entre la cloche 5 d'une part et entre le corps de l'appareil d'autre part.
La cuvette 17 comporte un trou cylindriaue axial 27 dans lequel est engagée une sphère 28 solidaire de l'arbre 26.
Ce dernier est porté par un roulement à billes 34, logé dans
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un couvercle 33. L'arbre 26 est longitudinalement libre. A l'in- térieur de la cloche 25 est disposé un ressort 32 prenant appui sur le couvercle 33 et sur une butée à billes 30, qui présente entre elle et la surface intérieure 31 du couvercle 33, un jeu de quelques dixièmes de millimètres par exemple, jeu limitant le déplacement axial de l'arbre 26 dont il a été parlé plus haut.
Le ressort 32 assure l'application initiale de toutes les pièces du dispositif de serrage automatique les unes contre les autres, mais en marche, l'effort angula re sur ce dispositif provoque des déplacements angulaires relatifs des pièces 17, 21 et 25 (lui- s'écartent l'une de l'autre, en compriment le ressort 32 et en appliquant la butée à billes 30 contre la surface intérieure 31 du couvercle 33.
Le fonctionnement de l'appareil de la fig.6 est le sui- vant :
L'arbre moteur 6 étant mis en marche et l'arbre récep- teur 26 subissant une résistance angulaire, les quatre billes 19-19 et 25-25 s'appliquent chacune sur les faces diamétralement opposées de leurs logements cône-dièdres, repoussant, d'une part, l'organe 17 vers les billes 9, 9' et, d'autre part, la butée 30 contre le ressort 32. Si l'effort angulaire résistant de l'arbre 26 est suffisant, ce ressort cède et la butée à billes 30 prend contact par sa face de droite avec la surface de butée 31.
A toutes les allures, la compression longitudinale de tous ces organes les uns contre les autres, est donc proportionnelle à la résistance angulaire de l'arbre 26, sauf pour de très faibles valeurs de celle-ci, où le ressort 32 détermine un minimum de cette compression longitudinale à la valeur qui a été choisie.
Il est favorable que les trois billes 9,9' et celle qui n'est pas visible, soient maintenues à un écartement an- gulaire égal par une cage, à la manière ordinaire; pour simpli- fier le dessin, cette cage n'a pas été figurée.
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Dans l'exemple représenté par la fig.6, les trois chemins de roulement 7,8 et 10 sont des cônes de même ouver- ture. L'ouverture du cône 16 a été choisie légèrement plus grande.
Il s'ensuit que le point de contact du chemin 16 avec la bille 9 est légèrement en dessous de la ligne Y-Y' passant par le point de contact du chemin 10 avec cette bille et que le rapport de transmission entre l'arbre 6 et l'arbre 26 est très petit. En choisissant pour les cônes 7,8 et 10 une ouverture totale de 40 , et pour le cône 16 une ouverture totale de 44 par exemple, la vitesse angulaire de la cuvette 17 sera de l'ordre du millième de celle de l'arbre 6.
Avec un semblable rapport de démultiplication, il serait naturellement illusoire de vouloir mettre l'appareil en mouve- ment en faisant jouer à la cuvette 17 le rôle d'organe entra.i- neur et à l'arbre 6 le rôle d'organe récepteur et dans ce cas, l'appareil ne peut être envisagé que comme réducteur de vitesse.
Avec un moindre rapport de démultiplication, obtenu en utilisant comme chemin de roulement 16 un cône de plus grande ouverture, il est possible d'utiliser l'arbre 26 comme arbre moteur et d'obtenir une vitesse angulaire de l'arbre 6 plus grande que celle de l'arbre 26.
Dans l'exemple représenté, le dispositif de serrage au- tomatique est monté entre un chemin de roulement, le chemin 16, et l'arbre qu'il entraine ou par lequel il est entraînée selon que l'arbre 26 fonctionne comme arbre récepteur ou comme arbre moteur.
Dans une variante, on peut remplacer le dispositif de serrage automatique comprenant les billes 19, les logements 18, les logements 20, le corps médian 21, les billes 23, les logements 22 et les logements 24, par une disposition simplifiée qui est la suivante: On se contente d'adosser à l'organe 17 un plateau portant au moins trois logements coniques analogues aux logements 18 et placés en regard de ceux-ci (qui seraient aussi
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au nombre de trois).
En disposant dans chacun de ces logements une bille 18, on conçoit que, ce plateau hypothétique étant contrebuté et étant destiné à être entraîné par l'organe 17, la paroi oblique des logements coniques développerait à chaoue instant une poussée longitudinale proportionnelle au moment d'en traîne:lent, et ceci dans un rapport qui serait détermina tout à la fois par la distance qui existerait entre les centres des billes disposées dans ces logements et l'axe général de l'appa- reil, et par l'angle au sommet des logements coniques en question.
Cette disposition simpliste, qui serait d'ailleurs réalisable, présenterait en pratique l'inconvénient de ne pouvoir donner de bons résultats qu'au moyen d'une exécution mécanique de très haute pr4cision entrainant une augmentation du prix de l'a.ppareil, qu'il est naturellement désirable d'éviter, ce que permet le dis- positif de serrage automatique représenté sur la fig.6.
Pour effectuer le serrage des roulements contre les billes, on pourrait penser à une autre solution que celle décrite, au moyen de billes enserrées chacune entre deux dièdres plans de l'angle voulu. Toutefois, cette solution simpliste est incorrecte.
En effet, dès que se produit le léger déplacement angulaire indis- pensable au serrage, les deux arêtes des deux dièdres en regard cessent d'être parallèles. Il suit de là que les billes ne peu- vent plus "trouver" de points de conta.ct diamétralement opposés des dièdres face à face et qu'elles tendent à s'échapper; l'exa- men d'une épure montre que cet échappement a lieu vers l'inté- rieur, à moins que les billes ne se trouvent soumises à une foce centrifuge qui les force à s'échapper vers l'extérieur.
Dans le cas où l'on ferait usage de disposition à double dièdre, il fau- drait prévoir une cage centrée intérieurement et où chaque bille serait enserrée dans un logement un tout petit peu trop large tangentiellement et très juste radialement ; deux dièdres, des anneaux de retenue interne et externe aux billes laisseraient à celles-ci un jeu radial; si donc elles ne se placent pas au
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même rayon, elles se trouveront serrées inégalement, ce oui est défectueux.
Dans une autre exécution, qui consisterait à remplacer les deux dièdres plans coopérant avec chaque bille, par deux cônes, les billes pourraient bien "trouver" deux génératrices parallèles, mais alors elles n'auraient plus aucune latitude de centrage automatique, en sorte que par suite de légères inexacti- ,tudes d'exécution ou de montage, des coincements se produiraient.
Cette variante de la solution que l'on vient d'examiner est éga- lement défectueuse.
On comprend par ce qui précède l'importance de la solu- tion décrite et représentée sur la fig.ô consistant à enserrer chaque bille du dispositif de serrage automatique entre un diè- dre et un cône de même ouverture. Elle présente les avantages suivante dont les autres sont privées:
1) lors du déplacement angulaire produisant le serrage, la bille peut toujours "trouver" une génératrice du cône qui soit parallèle à la face plane du dièdre sur laquelle elle s'ap- puie par son autre côté.
2) Si les deux paires de dièdres sont disposées de ma- nière à ce que leurs arêtes (il n'y en a que deux, puisque, dans chaque paire, elles se prolongent) soient orthogonales, non seulement en obtient un joint de cardan, mais encore les dièdres permettent un glissement radial (facile sous l'influence des vibrations de l'appareil) et ces deux glissements radiaux ortho- gonaux permettent un centrage automatique nonobstant des dé- fauts d'exécution. De là, une possibilité de moindre précision dans la fabrication et un prix de revient abaissé, ce qui repré- sente un grand avantage industriel.
La forme d'exécution selon la fig. 7 représente un appa- reil à rapport de vitesse variable et réglable, dans lequel le dispositif de serrage automatique est monté entre deux chemins de roulement. Elle comprend une série de satellites constitués par
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des billes 35, en contact chacune avec quatre chemins de rou- lement annulaires suivants:
Un chemin de roulement 36 angulairement immobile pendant le fonctionnement mais à position axiale réglable, un chemin de roulement 37 angulairement solidaire, de la manière qu'on verra plus loin, d'un arbre moteur 38, un chemin de roulement 39, porté par un arbre 40 co-axial avec l'arbre 38 et relié à celui-ci par le dispositif de serrage automatique, dont l'organe médian est le corps 41, et un chemin de roulement 42, axialement immobile et solidaire d'un arbre récepteur 43.
Le chemin de roulement 36, angulairement fixe, est porté par une pièce annulaire filetée 44, coulissant à l'intérieur de l'enveloppe 45 de l'appareil et dont le filetage coopère avec le filetage d'un corps fileté 46, pouvant tourner autour de l'axe général de l'appareil, mais rendu axialement fixe, par un organe non représenté. Une vis tangente 47, coopère avec une denture 48 pratiquée dans le corps fileté 46 qui peut ainsi effectuer une rotation autour de l'axe de l'appareil quand il est actionné par la vis tangente 47. La pièce 44 est immobilisée an- gulairement par une clavette 49, sertie dans l'enveloppe 45 et coopérant avec une rainure longitudinale 50 de cette pièce 44.
On comprend facilement qu'en faisant tourner la vis tangente 47 dans un sens ou dans l'autre, on produit un déplacement du chemin de roulement 46 parallèlement à l'axe général de l'appa- reil, soit vers la droite, soit vers la gauche et avec une très grande sensibilité et une très grande précision.
L'arbre 38, supporté par un palier à billes 51, est sus- ceptible de légers déplacements axiaux. L'arbre récepteur 43 se termine à son extrémité interne par un plateau 52 pourvu d'une cuvette annulaire 53, sur laquelle est pratiqué le chemin de roulement 42; cet arbre est supporté par un palier à billes 54 et est immobilisé axialement grâce à une butée à. billes et à
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rotule 55, tournée de façon que le centre de courbure de la rotule se trouve au voisinage du centre de symétrie du palier à billes 54. Ce dernier palier est logé dans un couvercle 56 de l'enveloppe de l'appareil.
L'arbre 40 portant le chemin de roulement 39 est guidé à son extrémité 57 dans un logement cylindrique b8 de l'arbre 38 formant son palier. Cette extrémité 57 peut coulisser légè- rement dans l'évidement 58. L'arbre 40 est axialement et anguli- rement solidaire d'un plateau 59 présentent deux logements co- niques diamétralement opposés et dont un seul, 60, est visible en pointillés sur le dessin. Dans chacun de ces logements coni- dues est partiellement engagée une bille 61 ; billes sont engagées partiellement, d'autre part, chacune dans un logement en forme de dièdre, d'ouverture égale à celle du cône 60 que comporte le corps médian 41; un seul de ces dièdres est visible en pointillés en 62 sur le dessin.
Les deux dièdres en question se prolongent diamétralement sur l'une des faces du corps médian 41 monté avec un jeu sensible autour de l'arbre 40. Sur sa face plane opposée à celle présentant les dièdres tels que 62, le corps médian 41 présente deux autres logements en forme de dièdre 64, se prolongeant diamétralement. Comme on le voit, le plan bissecteur des dièdres 62 et celui des dièdres 64 sont radiaux et perpendiculaires entre eux. Une bille 65 est partiel- lement engagée, d'une part, dans chacun des dièdres 64 et, d'au- tre part, dans deux logements coniques 66 de même ouverture pra- tiquée dans une pièce annulaire 67 servant de palier à l'arbre 40 et vissée sur une tête cylindrique 68 constituant l'extrémi- té de l'arbre poteur 38.
La pièce 67 est donc axialement et angulairement fixe par rapport à l'arbre moteur 38. Un ressort de compression 69 prend appui, d'une part, sur le plateau 59 et, d'autre part, sur un palier de butée 70. Ce ressort 69 a pour fonction de solliciter le plateau 59 et la pièce 67 à s'écarter. On comprend que le dispositif de serrage automatique
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que l'on vient de décrire, fonctionne comme celui décrit à pro- pos de la figure 6, c'est-à-dire qu'il permet d'assurer que les chemins de roulement 37 et 39 soient constamment appliqués contre les billes de transmission 35 avec une pression propor- tionnelle au couple.
On remarquera que les chemins de roulement 36 et 39 sont concaves, tandis que les chemins de roulement 37 et 42 ont été choisis coniques et ont comme génératrices des droites parallèles.
Le fonctionnement de l'appareil décrit est le suivant: Le rapport de transmission entre l'arbre 38 et l'arbre 43 est déterminé par les quatre points de contact des billes 35 avec les quatre chemins de roulement 36, 37, 39 et 42. La variation de ce rapport est obtenue en déplaçant axialement le corps fileté 44 portant le chemin de roulement 36 au moyen de la vis tangente 47. Supposons que ce déplacement soit effectué vers la gauche: sous l'effet du ressort 69, le plateau 59 s'écarte de la pièce annulaire 67, entraînant avec lui l'arbre 40 vers la gauche, ce qui a pour effet de rapprocher les deux chemins de roulement 37 et 39. La bille de transmission 35 est alors sollicitée vers l'extérieur et s'arrête dans une position d'équilibre dans laquelle elle est en contact avec les quatre chemins de roule- ment.
Il est évident qu'à l'arrêt de l'appareil, les billes de serrage 60 et 65 ont du jeu dans leurs logements, jeu qui est rattrapé dès que l'appareil est en marche et trpnsmet un couple provoquant, comme décrit dans la forme d'exécution précédente, un déplacement angulaire relatif des trois organes suivants: la pièce annulaire 67, le corps médian 41 et l'arbre 40.
Du fait que les deux chemins de roulement 37 et 42 sont formes par des cônes de même ouverture, la variation du rapport de transmission peut être effectuée par le déplacement axial de deux des quatre chemins seulement, présentant les chemins 26 et 39. Le même avantage serait obtenu si les génératrices des deux chemins de roulement 2,"/ et 42 étaient éauidistantes en tout point,
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leur forme étant d'ailleurs quelconque; elles pourraient par exemple être constituées par deux arcs de cercles concentriques, dont la différence des rayons serait égale au. diamètre des billes de transmission (fig.4).
Etant donne en outre rue l'appareil comporte un dispo- sitif de serrage automatique des chemins de roulement contre les billes, la variation du rapport de transmission peut être effectuée lorsque la commande de cette variation agit sur un seul chemin de roulement, le déplacement du deuxième chemin de roulement étant rendu automatique par ledispositif de ser- rage lui-même.
Les deux chemins de roulement 36 et 39 tant concaves dans l'exemple représenté, provoqueront de grandes variations des rayons des circonférences décrites par. les points de contact des billes 35 sur eux et, corrélativement, de grandes variations des rapports des vitesses angulaires, lorsqu'on lesdéplace axialement. Dans une variante, on pourrait prévoir les chemins de roulement 36et 39 convexes ; dans ce cas, ils ne provoqueraient que de faibles variations des ravons des circon- férences de contact des billes avec eux et, corrélativement de faibles variations des rapports des vitesses angulaires, lors de leur déplacement axial.
Dans les formes d'exécution représentées sur les fig.6 et 7, les deux chemins de roulement angulairement solidaires sont les chemins centraux 7 et 8 ou 37 et 39, dans la forme d'exécution représentée sur la fig.8, les deux chemins de rou- lement angulairement solidaires sont, comme on le verra, un chemin central 95 et le chemin extérieur 92 placé du même côté des billes. Cette dernière forme d'exécution comprend une en- veloppe 71, traversée par un arbre moteur 72, supporté par un palier à billes 73, logé dans cette enveloppe. Un couvercle 74 est fixé à cette dernière et supporte un roulement à billes 75 servant à centrer un arbre récepteur 76. Une pièce 77, présentant
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un chemin de roulement conique 78, est montée librement sur l'extrémité de l'arbre 72.
La pièce 77 est reliée à l'arbre 72 par l'intermédiaire d'un dispositif de serrage automatique comportant le corps médian 79 analogue à ceux qui ont été dé- crits à propos des formes d'exécution précédentes. L'arbre 72 est solidaire d'un disque 80, appuyant contre un palier de butée à billes 81, assurant l'immobilisation axiale de cet arbre. Le dispositif de serrage automatique comprend le corps médian 79 en liaison avec le disque 80 par l'intermédiaire de deux billes de serrage 87, dont une est visible en pointillé sur le dessin, billes logées dans des logements cônes-dièdres 83, 85 semblables à ceux décrits précédemment. Le corps médian est en outre en liaison avec le corps 77 par l'intermédiaire de deux billes de serrage 88, logées dans des logements cônes-dièdres 87 et 89.
Les logements 83 sont prévus dans une pièce intermédiaire 82, soli- daire angulairement de l'arbre 72. Un ressort 90 tend à écarter le corps 77 du disque 80.
L'arbre récepteur 76 est solidaire d'une cuvette 91, présentant le chemin de roulement conique 92, de même ouverture que le chemin 78. Un arbre auxiliaire 93 est dispos-' dans un guidage axial cylindrique de l'extrémité de l'arbre 76, de ma- nière à pouvoir y coulisser et tourner. Cet arbre auxiliaire pré- sente à son extrémité extérieure un corps 94 présentant le chemin de roulement annulaire concave 95. Le corps 94 est relié à l'ar- bre récepteur 76 par l'intermédiaire d'un dispositif de serrage automatioue comportant un corps médian 96, analogue à ceux oui ont été décrits précédemment.
A l'intérieur de l'enveloppe 71 est disposé un corps fileté 97, comportant une denture 98, en prise avec une vis tangente 99, disposée dans l'enveloppe 71 et actionnable par des moyens non représentés. La pièce 97 peut donc tourner au- tour de l'axe général de l'appareil tout en étant immobilisée axialement par la vis 99 elle-même. Le corps fileté 97 présente
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un filetage 100 coopérant avec le filetage d'un corps fileté 101, immobilisé angulairement par une clavette 102, sertie dans l'en- veloppe 71 et pénétrant dans une rainure longitudinale 103 pra.- tiquée dans la périphérie du corps fileté 101.
Le corps fileté 101 présente un chemin de roulement annulaire concave 104 capable d'être déplacé vers la droite ou vers le gauche, sur le dessin, lorsqu'on actionne la vis tangente 99. Des billes de transmis- sion de mouvement 105, dont deux seulement sont visibles sur le dessin, sont en contact chacune simultanément avec les quatre chemins de roulement 78, 92, 95 et 104. Un palier de butée à billes 106, symétrique du palier 81, reçoit la poussée axiale exercée sur la cuvette 91 par les billes de transmission de mouvement et immobilise axialement l'arbre 76.
Le fonctionnement de l'appareil selon la fig.8 est le suivant : Les deux arbres 72 et 76 étant axialement fixes, les chemins sont serrés contre les billes de transmission 105 par les deux dispositifs de serrage automatique 79 et 96. On voit qu'un de ces dispositifs est monté entre un chemin de roulement et l'arbre qu'il entraîne, et que l'autre dispositif est monté entre deux chemins de roulement. Dans une autre forme d'exécu- tion non représentée, on peut prévoir les deux chemins exté- rieurs angulairement solidaires.
On peut prévoir, pour obtenir une très forte réduction de vitesse, un appareil comprenant la combinaison de deux des appareils décrits, disposés en série: par exemple, un dispositif constitué par un appareil tel que celui représenté sur la fig.7, dans lequel l'arbre récepteur 43 serait couplé avec l'arbre mo- teur 72 d'un autre dispositif construit comme l'est l'appareil selon fig. 8. L'arbre 76 serait alors l'arbre récepteur de l'ap- pareil composé en question.
Il est maintenant indispensable de faire suivre les descriptions qui viennent d'être faites des commentaires sui- wants :
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Toutes les formes de description qui viennent d'être indiquées comportent de très grosses billes de transmission en très petit nombre : y a à cela plusieurs raisons ; toutd'abord, et surtout, cela. a permis de rendre visibles les dé- tails des appareils et notamment les différences de rayons en- tre billes et cuvettes sur les fig.l, 2, 3, 4, 5,7 et 8, ensuite, cela, a permis de donner, à propos de la fig.6, un exemple numé- rique montrant la. possibilité d'obtenir en un seul étage une réduction de l'ordre de 1000 dans la vitesse angulaire.
Toutefois, les formes décrites fournissent une variation limitée du rapport de transmission du fait Que les billes de serrage sont petites vis-à-vis des billes de transmission et ne permettent qu'un déplacement axial assez faible du chemin de roulement angulairement fixe.
Il y faudrait, ou bien que la différence entre les rayons de courbure billes-cuvettes soit moindre , ou bien que les billes de transmission soient proportionnellement plus petites, ou alors que les dispositifs de serrage permissent une course de serrage beaucoup plus grande que figurée afin de permettre les déplacer.Lents longitudinaux nécessaires des cuvettes.
Quand il ne s'agira pas de rapports de réduction aussi considérables que celui qui a. été indiqué en corrélation avec la fig.6, on pourra avantageusement utiliser une couronne de billes plus petites et plus nombreuses; l'appareil diminuera ainsi considérablement en dimensions et prix de revient, et les dispositifs de serrage offriront dans la forme décrite des courses de serrage suffisant aux déplacements des cuvettes.
Quand de grosses billes devront être employées en même temps que des variations assez grandes du rapport de démultipli- cation, on utilisera avantageusement le dispositif de serrage automatique suivant, représenté sur les figs.9 et 10, où les logements de chaque bille de serrage sont formés par les arêtes - d'intersection de deux dièdres de même ouverture avec deux pièces
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cylindriaues, l'une intérieure, l'autre extérieure, formant en quelque sorte "doublesciseaux" de même ouverture et sur les arêtes desquels peuvent rouler les billes de serrage.
Les figs. 9 et 10 représentent une telle disposition, la. première en coupe longitudinale avec arrachement partiel, et la seconde, en vue latérale partielle développée correspondante.
Sur les figs. 9 et 10, une cuvette annulaire 17', desti- née à jouer par exemple le rôle de la cuvette 17 de la fig.6, est solidaire, dans sa région centrale, d'un arbre 107, guidé et tournant dans un bossage 108 solidaire d'un plateau 109, solidaire lui-même de l'arbre mené 26' analogue à l'arbre 26 de la fig. 4. L'arbre 107 et l'arbre 26' sont coaxiaux, comme on le voit sur le dessin.
L'anneau 17' présente, sur sa face arrière, une partie annulaire cylindrique 110 dans laquelle sont taillés deux diè- dres de champ 111. Un autre corps médian 112, concentrioue avec 107 et 26', présente une partie cylindrique annulaire 113 de diamètre plus faible que le cylindre 110 et s'étendant à l'in- térieur de ce dernier. Deux dièdres 114 sont taillas de champ dans la partie 113. Les dièdres 111 et 114 ont même ouverture et sont disposés en sens inverse, comme on le voit sur la fig.8.
Deux billes 115 sont engagées partiellement chacune dans l'un des dièdres 111 et dans le dièdre 114 voisin, et sont dia- métralement opposées au moyen d'une cage 116 disposée sur les billes 115; ces dernières sont empêchées de s'échapper randiale- ment grâce à deux gaines cylindrioues 117 et 118, disposées la première autour de 17' et de 112, la seconde à l'intérieur de 113. Un ressort de compression 119 sollicite constamment 17' et 112 à s'écarter l'un de l'autre.
La liaison angulaire articulée entre l'arbre 26' et le corps médian 112 est assurée grâce à une paire de billes dont une seule, 120, est visible en traits pleins sur le dessin. On
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a. représenté en 120', en rabattement à 90 , les deux billes en question. Chacune d'elles est engagée partiellement dans un lo- gement 121 du plateau 109 et dans un logement correspondant 122 du corps médian 112.
On comprend que le dispositif de serrage automatique selon les fig. 9 et 10 permet de grands déplacements longitudinaux transmis par les deux billes 115, les billes 120 ne servant plus que comme l'un des axes d'un cardan d'entraînement. Le ressort 119 assure constamment l'application axiale des billes 120 dans leur logement.
La fig.ll représente une variante d'exécution économique de l'extrémité de l'arbre moteur 6 de l'exemple selon fig.6.
L'arbre moteur 6' présente un étranglement 123 et, à l'endroit où celui-ci se raccorde avec la périphérie de l'arbre, deux arêtes mousses 7', 8' sur lesquelles roulent les billes de transmission telles que 9' et qui remplacent les cônes 7 et 8 de fig.6. Cette variante offre l'avantage d'un prix de revient aba.issé et d'une fragilité moindre de l'arbre moteur, par rap- port à la construction selon fig.6.
Un changement de vitesse à billes du genre de celui re- présenté sur la fig.6 avec rapport de réduction invariable très petit peut avantageusement être utilisé comme dispositif de transmission pour la commande de petits appareils, tels eue con- densateurs variables d'un appareil radio-électrique par exemple ; on peut concevoir que pour réduire les dimensions de l'appareil, on utilisera comme dispositif de serrage, à la place d'un res- sort ,au moins un chemin de roulement en matière élastique.
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Friction planetary gear change.
The object of the present invention is a friction planetary gear change, characterized in that the satellites are formed by balls without a materialized axis, in that each of the balls has a point of contact with each. four raceways, at least one of which is a motor, at least one receiving, one at least angularly fixed, two of these four raceways being angularly integral, and in that it comprises at least one device for clamping the raceways against the balls.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments of the apparatus forming the subject of the invention.
Figs.l to 5 are diagrams used to illustrate the principles on which the operation of the device is based.
Fig. 6 is an axial sectional view of a first embodiment of the apparatus.
@
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fig. 7 is a similar view of a second embodiment.
Fig. 8 is a similar view of a third embodiment.
Fig. 9 is a detail view of a variant of the embodiment according to FIG. 6.
Fig. 10 is a partially developed plan view corresponding to fig. 9.
Fig.ll shows a detail of a variant.
In FIGS. 1 to 5, there is shown a satellite constituted by a ball 5 clamped between four annular raceways 1, 2, 3 and 4 by devices not shown; these raceways have a common axis of revolution X-X '. A single ball has been shown in the plane of the drawing, while in reality several balls are distributed around the periphery of the raceways. The points of contact of the ball '5 with its raceways 1, 2, 3 and 4 are indicated at la, 2a, 3a and 4a. In the following description, the raceway 1 will be assumed to be fixed, the raceway 2 integral with a receiving shaft coaxial with XX 'and the two races 3 and 4 angularly solid with one another and integral with' a motor shaft coaxial with X-X '.
The two points of contact Sa. and 4a of the ball 5 with the raceways 3 and 4 determine a straight line which intersects the axis X-X 'at 0, apex of a cone having this straight line as the generator. The points of contact la, 2a, 3a and 4a are respectively at distances r1, r2, r3 and r4 from axis XX 'and at distances sl, s2, s3 and s4 from an axis passing through the center of ball 5 and the top of cone 0.
It can be seen that the four raceways and the ball determine a planetary speed change, first comprising three coaxial wheels, three planetary wheels, a first planetary wheel is formed by the apex cone 0
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of axis XX 'and half-opening m, having the straight line 3a-4a as a generator, a second planet wheel of radius r1 formed by the body 1, a third planet wheel of radius r2 formed by the body 2 and a stalettite formed by the ball 5, devoid of materialized axis, but having as axis of rotation the axis passing through its center and the apex of cone 0, satellite axis.
The transmission ratio between the solid motor shaft of bodies 3 and 4, and the receiver shaft integral with body 2 is given by the relation:
EMI3.1
s 1 s2 n2 ¯¯¯¯¯¯¯r2¯¯¯¯ n34 Si + s ri r s / r being equal to s3 / r3 = s4 / r4.
Since the diameter of the ball and the distance from its center to the X-X 'axis are assumed to be given, the above transmission ratio depends on the position of the Four contact points 1a, 2a 3a and 4a. During operation, the ball rotates around the satellite axis 5-0, itself describing in space a cone of opening angle 2a. (fig.l). The velocity of body 2 is zero for sl / r1 = s2 / r2, that is to say when the line la-2a passes through the apex of cone 0.
If we assume that the three points of contact la, Sa and 4a. are in determined positions and that we choose for the point of contact 2a different positions on the ball, we see that the transmission ratio will be negative when the point of contact 2a is on the arc 2a'-2a-la. On the contrary, it will be positive when point 2a is on arc 2a'- 3a-4a-la. This transmission ratio is the same for two points 2a "and 2a" 'aligned on the top of cone 0. -
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The two apex cones 0 tangent to the ball inside or outside determine two points of contact, not shown, for which the transmission ratio is maximum in absolute value.
All the considerations that we have just made are valid for any position of the vertex of the cone 0 on the axis X-X ', that is to say also when this vertex 0 is rejected at infinity, condition which is found satisfied by the particular case of fig. 2, where the line 3a-4a is parallel to the axis X-X '.
As, in this particular case, the line la-2a has also been chosen parallel to the axis X-X ', the points la and 2a are aligned with the vertex at infinity of the cone 0 and the transmission ratio of a device in the particular position of fig.2 is zero; body 2 does not rotate.
To get one. variable and gradual change of speed, it will suffice to vary the contact points 1a, 2a, Sa and 4a of the. ball 5 on the raceways 1, 2, 3 and 4. This variation of the contact points is obtained by axial displacement of the raceways and is illustrated in figs. 1 to 3.
Fig.2 shows an average position of the ball 5 for which the transmission ratio is zero as has been said.
Fig.l shows a position of the ball 5 for which the transmission ratio is negative. We see that we go from the position of fig.2 to that of fig.l by moving the body 2 to the right by a quantity t (fig.l) and correspondingly bringing the bodies closer together. : and 4.
Fig. Shows a position of the ball 5 for which the transmission ratio is positive. We see that we go from the position of fig. 2 to that of fig. 3 by moving the body 2 to the left by a quantity t '(fig. 3) and by correspondingly separating the bodies 3 and 4 .
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In practice, it is advantageous to use raceways such as those shown in figs.4 and 5, where two of them which are opposite with respect to the center of the ball comprise generatrices which are equidistant at all points.
In fig. 4, these equidistant generatrices are two concentric arcs of a circle. Any two curves could be used as generators. In fig. 5, the two equidistant generators are two parallel straight lines determining two cones of axis X-X 'and of the same opening. This arrangement makes it possible to vary the transmission ratio by moving only two of the four bodies axially, either bodies 2 and 4, or as in the case of FIG. 5, bodies 1 and 3.
These explanations having made clear the kinematic properties of the apparatus, we will now describe several embodiments, which also include devices for clamping the raceways against the balls, and, again for clarity. of the description, we will start with a first form, fig.6 where the speed ratio between the driving shaft and the driven shaft is invariable.
In this fig. 6, there is shown at 6 a leading shaft carrying at one of its ends two conical raceways 7 and 8, on which are supported three planet wheels formed by balls, two of which 9 and 9 'are visible in fig. 6. These balls bear externally against a raceway 10, of conical shape and coaxial with the shaft 6, carried by a body 11. The body 11 is angularly fixed by a screw 14, the pivot of which engages in a groove 15 of the body 11. The taper of the three raceways 7,8 and 10 were chosen to be equal, but it is obvious that they could be different. The shaft 6 is carried by a ball bearing 12, housed in a body 15 forming the frame of the apparatus.
This shaft is longitudinally free, so as to allow
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Raceways 7 and 8 to apply on demand against the transmission balls 9 and 9 '. These balls are in contact with a fourth raceway 16 that comprises a cup 17. The taper of the raceway 16, yes could be any, was chosen here very little different from that of the races 7,8 and 10. The cup 17 is constantly pressed against the transmission balls by a clamping device which will be described.
As is easily understood, it is important that no slippage (not to be confused with the slight slippage that theory shows to be inevitable and makes it possible to evaluate) cannot occur at any of the points of contact; for this, it is necessary that the raceways are constantly applied to the balls by a longitudinal force ensuring a normal pressure at each point of contact, yes that is more than ten times greater than that of sliding at this point (the coefficient of friction steel-steel between balls and raceways being approximately 0.1).
In apparatus transmitting only a negligible power, a simple spring can be used for this effect, but if the apparatus has to transmit some power and if it is desired that its output be sufficiently good, even at low torques, a special device must provide a tightening automatically proportional to this torque.
The automatic clamping device shown in FIG. 6 comprises a median body 21 in connection with the bowl 17 by means of two balls 19 housed partially in housings 20 of the median body 21 and partially in housings 18 of the bowl 17 , these housings being provided on surfaces of these members normal to the axis of rotation of the apparatus. The housings 19 are conical and diametrically opposed. The housings 20, also diametrical, are in the form of a dihedron, the opening angle of the dihedron being equal to that of the conical housings 12.
This arrangement of housing provides
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a certain angular latitude to the median body, around an axis ZZ 'passing through the centers of the clamping balls 19 and a certain latitude of translation parallel to this axis, that is to say perpendicular to the general axis of the 'apparatus.
The median body 21 bears on its face opposite to that comprising the housings 20 two other diametrical housings 22, in the form of dihedrons, which have a diameter perpendicular to that of the dihedrons 20, and only one of which is visible in dotted lines in FIG. 6; housings each receive a ball 23 also partially engaging in a continuous housing 24 carried by a bell 25, integral with the receiver shaft 26.
When the bell 25 is suitably backed up, it can be driven angularly by the middle body 21, by means of the two balls 23, the middle body 21 being itself driven by the bowl 17, by the intermediary of the two balls 19.
The dihedral shaped housings 22 allow the median cords 21 a translation perpendicular to the general axis of the device and orthogonal to the Z-Z 'axis, and also an angular displacement around the axis passing through the center of the two balls 23. It follows from this that the device described is the equivalent of a cardan joint, in which a radial sliding would be possible on each articulation axis in such a way that it makes automatic centering possible, without jamming. of the median body 17 notwithstanding an angular mounting error between these two members and also notwithstanding a transverse misalignment of said parts. It is for this purpose that the median body 21 has a relatively large radial clearance between the bell 5 on the one hand and between the body of the apparatus on the other hand.
The cup 17 has an axial cylindrical hole 27 in which is engaged a sphere 28 integral with the shaft 26.
The latter is carried by a ball bearing 34, housed in
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a cover 33. The shaft 26 is longitudinally free. Inside the bell 25 is disposed a spring 32 bearing on the cover 33 and on a ball stop 30, which has between it and the inner surface 31 of the cover 33, a play of a few tenths of a millimeter per. example, clearance limiting the axial displacement of the shaft 26 mentioned above.
The spring 32 ensures the initial application of all the parts of the automatic clamping device against each other, but in operation, the angular force on this device causes relative angular displacements of the parts 17, 21 and 25 (itself. move apart, compressing the spring 32 and pressing the ball stop 30 against the inner surface 31 of the cover 33.
The operation of the appliance in fig. 6 is as follows:
The motor shaft 6 being started and the receiving shaft 26 undergoing angular resistance, the four balls 19-19 and 25-25 each apply to the diametrically opposed faces of their cone-dihedral housings, repelling, on the one hand, the member 17 towards the balls 9, 9 'and, on the other hand, the stop 30 against the spring 32. If the resisting angular force of the shaft 26 is sufficient, this spring gives way and the ball stopper 30 makes contact via its right side with the stopper surface 31.
At all speeds, the longitudinal compression of all these members against each other is therefore proportional to the angular resistance of the shaft 26, except for very low values thereof, where the spring 32 determines a minimum of this longitudinal compression to the value which has been chosen.
It is favorable that the three balls 9, 9 'and the one which is not visible, are kept at an equal angular spacing by a cage, in the ordinary manner; to simplify the drawing, this cage has not been shown.
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In the example shown in FIG. 6, the three raceways 7, 8 and 10 are cones with the same opening. The opening of the cone 16 was chosen to be slightly larger.
It follows that the point of contact of the path 16 with the ball 9 is slightly below the line YY 'passing through the point of contact of the path 10 with this ball and that the transmission ratio between the shaft 6 and the tree 26 is very small. By choosing for cones 7,8 and 10 a total opening of 40, and for cone 16 a total opening of 44 for example, the angular speed of the cup 17 will be of the order of a thousandth of that of the shaft 6 .
With such a gear ratio, it would naturally be illusory to want to set the device in motion by making the bowl 17 play the role of the driving organ and the shaft 6 the role of the receptor organ. and in this case, the device can only be considered as a speed reducer.
With a lower gear ratio, obtained by using a cone with a larger opening as the raceway 16, it is possible to use the shaft 26 as the motor shaft and to obtain an angular speed of the shaft 6 greater than that of tree 26.
In the example shown, the automatic clamping device is mounted between a raceway, the raceway 16, and the shaft which it drives or by which it is driven, depending on whether the shaft 26 functions as a receiving shaft or as motor shaft.
In a variant, the automatic clamping device comprising the balls 19, the housings 18, the housings 20, the median body 21, the balls 23, the housings 22 and the housings 24 can be replaced by a simplified arrangement which is as follows : One is satisfied with leaning against the organ 17 a plate carrying at least three conical housings similar to the housings 18 and placed opposite them (which would also be
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three in number).
By arranging a ball 18 in each of these housings, it can be seen that, this hypothetical plate being butted and being intended to be driven by the member 17, the oblique wall of the conical housings would develop at each instant a longitudinal thrust proportional to the moment of lagging behind: slow, and this in a ratio which would be determined both by the distance which would exist between the centers of the balls placed in these housings and the general axis of the apparatus, and by the angle at the top of the conical housings in question.
This simplistic arrangement, which would moreover be feasible, would present in practice the drawback of only being able to give good results by means of a very high precision mechanical execution leading to an increase in the price of the apparatus, which It is of course desirable to avoid, which the automatic clamping device shown in fig.6 allows.
To tighten the bearings against the balls, one could think of another solution than that described, by means of balls each clamped between two planes dihedrons of the desired angle. However, this simplistic solution is incorrect.
In fact, as soon as the slight angular displacement essential for tightening occurs, the two edges of the two facing dihedrons cease to be parallel. It follows from this that the balls can no longer "find" diametrically opposed contact points of the face to face dihedrons and that they tend to escape; the examination of a drawing shows that this escape takes place towards the interior, unless the balls are subjected to a centrifugal force which forces them to escape towards the exterior.
In the event that a double dihedral arrangement would be used, it would be necessary to provide a cage centered internally and where each ball would be enclosed in a housing a little too wide tangentially and very exactly radially; two dihedrons, internal and external retaining rings on the balls would leave them with radial play; if therefore they do not place themselves at the
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same radius, they will be tightened unevenly, this yes is defective.
In another embodiment, which would consist in replacing the two planar dihedrons cooperating with each ball, by two cones, the balls could well "find" two parallel generators, but then they would no longer have any latitude for automatic centering, so that by following slight inaccuracies of execution or assembly, jams would occur.
This variant of the solution which we have just examined is also defective.
It will be understood from the foregoing the importance of the solution described and shown in FIG. 6 consisting in clamping each ball of the automatic clamping device between a dihedral and a cone with the same opening. It has the following advantages that others are deprived of:
1) during the angular displacement producing the tightening, the ball can always "find" a generatrix of the cone which is parallel to the plane face of the dihedron on which it rests by its other side.
2) If the two pairs of dihedrons are arranged in such a way that their edges (there are only two, since in each pair they extend) are orthogonal, not only a cardan joint is obtained. , but also the dihedrons allow a radial sliding (easy under the influence of the vibrations of the apparatus) and these two orthogonal radial sliding allow an automatic centering notwithstanding the execution faults. Hence, a possibility of lower precision in manufacture and a lower cost price, which represents a great industrial advantage.
The embodiment according to FIG. 7 shows a device with variable and adjustable speed ratio, in which the automatic clamping device is mounted between two raceways. It includes a series of satellites made up of
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balls 35, each in contact with four following annular raceways:
A raceway 36 which is angularly stationary during operation but with an adjustable axial position, a raceway 37 which is angularly integral, as will be seen below, with a motor shaft 38, a raceway 39, carried by a shaft 40 co-axial with shaft 38 and connected to the latter by the automatic clamping device, the median member of which is body 41, and a raceway 42, axially stationary and integral with a receiving shaft 43 .
The angularly fixed raceway 36 is carried by a threaded annular part 44, sliding inside the casing 45 of the device and the thread of which cooperates with the thread of a threaded body 46, capable of rotating around of the general axis of the device, but made axially fixed, by a member not shown. A tangent screw 47 cooperates with a set of teeth 48 formed in the threaded body 46 which can thus perform a rotation around the axis of the device when it is actuated by the tangent screw 47. The part 44 is immobilized angularly by a key 49, crimped in the casing 45 and cooperating with a longitudinal groove 50 of this part 44.
It is easily understood that by turning the tangent screw 47 in one direction or the other, one produces a displacement of the raceway 46 parallel to the general axis of the apparatus, either towards the right or towards the left and with great sensitivity and great precision.
The shaft 38, supported by a ball bearing 51, is susceptible to slight axial displacements. The receiver shaft 43 ends at its internal end with a plate 52 provided with an annular cup 53, on which the raceway 42 is formed; this shaft is supported by a ball bearing 54 and is immobilized axially by means of a stop. balls and
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ball 55, rotated so that the center of curvature of the ball is in the vicinity of the center of symmetry of the ball bearing 54. The latter bearing is housed in a cover 56 of the casing of the apparatus.
The shaft 40 carrying the raceway 39 is guided at its end 57 in a cylindrical housing b8 of the shaft 38 forming its bearing. This end 57 can slide slightly in the recess 58. The shaft 40 is axially and angularly secured to a plate 59 have two diametrically opposed conical housings, of which only one, 60, is visible in dotted lines on the drawing. In each of these conical housings is partially engaged a ball 61; balls are partially engaged, on the other hand, each in a housing in the form of a dihedral, opening equal to that of the cone 60 which the median body 41 comprises; only one of these dihedrons is visible in dotted lines at 62 in the drawing.
The two dihedrons in question extend diametrically on one of the faces of the median body 41 mounted with substantial play around the shaft 40. On its flat face opposite to that having the dihedra such as 62, the median body 41 has two other housing in the form of a dihedral 64, extending diametrically. As can be seen, the bisecting plane of the dihedrons 62 and that of the dihedrons 64 are radial and perpendicular to each other. A ball 65 is partially engaged, on the one hand, in each of the dihedrons 64 and, on the other hand, in two conical housings 66 with the same opening made in an annular part 67 serving as a bearing for the. shaft 40 and screwed onto a cylindrical head 68 constituting the end of the potter shaft 38.
The part 67 is therefore axially and angularly fixed relative to the motor shaft 38. A compression spring 69 bears, on the one hand, on the plate 59 and, on the other hand, on a thrust bearing 70. This spring 69 has the function of urging the plate 59 and the part 67 to move away. It is understood that the automatic clamping device
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which has just been described, operates like that described with regard to FIG. 6, that is to say it makes it possible to ensure that the raceways 37 and 39 are constantly applied against the balls of transmission 35 with a pressure proportional to the torque.
It will be noted that the raceways 36 and 39 are concave, while the raceways 37 and 42 were chosen to be conical and have parallel straight lines as generators.
The operation of the apparatus described is as follows: The transmission ratio between the shaft 38 and the shaft 43 is determined by the four points of contact of the balls 35 with the four raceways 36, 37, 39 and 42. The variation of this ratio is obtained by axially moving the threaded body 44 carrying the raceway 36 by means of the tangent screw 47. Let us suppose that this movement is carried out to the left: under the effect of the spring 69, the plate 59 s 'moves away from the annular part 67, bringing with it the shaft 40 to the left, which has the effect of bringing the two raceways 37 and 39 closer together. The transmission ball 35 is then urged outwards and s' stops in an equilibrium position in which it is in contact with all four bearing tracks.
It is obvious that when the device is stopped, the tightening balls 60 and 65 have play in their housings, which play is taken up as soon as the device is running and transmits a causing torque, as described in previous embodiment, a relative angular displacement of the following three members: the annular part 67, the median body 41 and the shaft 40.
Due to the fact that the two raceways 37 and 42 are formed by cones with the same opening, the variation of the transmission ratio can be effected by the axial displacement of two of the four races only, having the races 26 and 39. The same advantage would be obtained if the generators of the two raceways 2, "/ and 42 were water-spaced at all points,
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their shape, moreover, being arbitrary; they could for example be formed by two arcs of concentric circles, of which the difference in radii would be equal to. diameter of the transmission balls (fig. 4).
In addition, given that the device comprises a device for automatically clamping the raceways against the balls, the variation of the transmission ratio can be effected when the control of this variation acts on a single raceway, the displacement of the second raceway being made automatic by the clamping device itself.
The two raceways 36 and 39 both concave in the example shown, will cause large variations in the radii of the circumferences described by. the contact points of the balls 35 on them and, correspondingly, large variations in the angular velocity ratios, when they are moved axially. Alternatively, one could provide 36et 39 convex raceways; in this case, they would only cause small variations in the ridges of the contact circumferences of the balls with them and, correspondingly, small variations in the angular speed ratios, during their axial displacement.
In the embodiments shown in Figs. 6 and 7, the two angularly integral tracks are the central tracks 7 and 8 or 37 and 39, in the embodiment shown in Fig. 8, the two tracks angularly integral rolling bearings are, as will be seen, a central path 95 and the outer path 92 placed on the same side of the balls. This latter embodiment comprises a casing 71, traversed by a motor shaft 72, supported by a ball bearing 73, housed in this casing. A cover 74 is attached thereto and supports a ball bearing 75 serving to center a drive shaft 76. A part 77, having
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a conical raceway 78, is freely mounted on the end of the shaft 72.
The part 77 is connected to the shaft 72 by means of an automatic clamping device comprising the median body 79 similar to those which have been described in connection with the preceding embodiments. The shaft 72 is integral with a disc 80, pressing against a thrust ball bearing 81, ensuring the axial immobilization of this shaft. The automatic clamping device comprises the median body 79 in connection with the disc 80 by means of two clamping balls 87, one of which is visible in dotted lines in the drawing, balls housed in cone-dihedral housings 83, 85 similar to those described previously. The median body is also connected with the body 77 by means of two clamping balls 88, housed in cone-dihedral housings 87 and 89.
The housings 83 are provided in an intermediate piece 82, angularly secured to the shaft 72. A spring 90 tends to move the body 77 away from the disc 80.
The receiver shaft 76 is integral with a cup 91, having the conical raceway 92, with the same opening as the raceway 78. An auxiliary shaft 93 is arranged in a cylindrical axial guide of the end of the shaft. 76, so as to be able to slide and turn. This auxiliary shaft has at its outer end a body 94 having the concave annular raceway 95. The body 94 is connected to the receiving shaft 76 by means of an automatic clamping device comprising a central body. 96, analogous to those yes have been previously described.
Inside the casing 71 is disposed a threaded body 97, comprising a set of teeth 98, in engagement with a tangent screw 99, arranged in the casing 71 and operable by means not shown. The part 97 can therefore rotate around the general axis of the apparatus while being immobilized axially by the screw 99 itself. The threaded body 97 has
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a thread 100 cooperating with the thread of a threaded body 101, angularly immobilized by a key 102, crimped in the casing 71 and penetrating into a longitudinal groove 103 made in the periphery of the threaded body 101.
The threaded body 101 has a concave annular raceway 104 capable of being moved to the right or to the left, in the drawing, when the tangent screw 99 is actuated. Motion transmission balls 105, two of which only are visible in the drawing, are each in contact simultaneously with the four raceways 78, 92, 95 and 104. A thrust ball bearing 106, symmetrical to the bearing 81, receives the axial thrust exerted on the cup 91 by the motion transmission balls and axially immobilizes the shaft 76.
The operation of the apparatus according to fig.8 is as follows: The two shafts 72 and 76 being axially fixed, the paths are clamped against the transmission balls 105 by the two automatic clamping devices 79 and 96. It can be seen that ' one of these devices is mounted between a raceway and the shaft which it drives, and the other device is mounted between two raceways. In another embodiment, not shown, it is possible to provide the two exterior paths which are angularly integral.
To obtain a very strong reduction in speed, provision may be made for an apparatus comprising the combination of two of the apparatuses described, arranged in series: for example, a device consisting of an apparatus such as that shown in FIG. 7, in which the The receiver shaft 43 would be coupled with the drive shaft 72 of another device constructed as is the apparatus according to FIG. 8. Shaft 76 would then be the receiving shaft of the compound apparatus in question.
It is now essential to forward the descriptions which have just been made with the following comments:
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All the forms of description which have just been indicated include very large transmission balls in very few numbers: there are several reasons for this; first of all, and above all, that. made it possible to make visible the details of the devices and in particular the differences in radii between balls and cuvettes in fig. 1, 2, 3, 4, 5, 7 and 8, then this made it possible to give, with reference to fig.6, a digital example showing the. possibility of obtaining in a single stage a reduction of the order of 1000 in angular speed.
However, the shapes described provide a limited variation in the transmission ratio due to the fact that the clamping balls are small with respect to the transmission balls and allow only a fairly small axial displacement of the angularly fixed raceway.
It would be necessary, either that the difference between the radii of ball-cup curvature is less, or that the transmission balls are proportionally smaller, or while the clamping devices allow a clamping stroke much greater than shown in order to to allow them to be moved. Longitudinal cuvettes necessary.
When it is not a question of reduction ratios as considerable as the one that has. been indicated in correlation with FIG. 6, it is possible to advantageously use a ring of smaller and more numerous balls; the device will thus considerably decrease in size and cost price, and the clamping devices will offer, in the form described, clamping strokes sufficient for the displacements of the cups.
When large balls will have to be used at the same time as quite large variations in the reduction ratio, the following automatic clamping device, shown in figs. 9 and 10, will advantageously be used, where the housings of each clamping ball are formed by the edges - of intersection of two dihedrons of the same opening with two pieces
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cylindriaues, one interior, the other exterior, forming a sort of "double scissors" with the same opening and on the edges of which the clamping balls can roll.
Figs. 9 and 10 show such an arrangement, the. first in longitudinal section with partial cutaway, and the second, in corresponding developed partial side view.
In figs. 9 and 10, an annular cup 17 ', intended to play for example the role of the cup 17 of FIG. 6, is integral, in its central region, with a shaft 107, guided and rotating in a boss 108 integral with a plate 109, itself integral with the driven shaft 26 'similar to the shaft 26 of FIG. 4. Shaft 107 and shaft 26 'are coaxial, as seen in the drawing.
The ring 17 'has, on its rear face, a cylindrical annular part 110 in which are cut two dihedrons of field 111. Another median body 112, concentric with 107 and 26', has an annular cylindrical part 113 of diameter. weaker than cylinder 110 and extending inside the latter. Two dihedrons 114 are field cuts in part 113. Dihedra 111 and 114 have the same opening and are arranged in the opposite direction, as seen in fig.8.
Two balls 115 are each partially engaged in one of the dihedrons 111 and in the neighboring dihedron 114, and are diametrically opposed by means of a cage 116 disposed on the balls 115; the latter are prevented from escaping randiale by two cylindrical sheaths 117 and 118, the first arranged around 17 'and 112, the second inside 113. A compression spring 119 constantly urges 17' and 112 to move away from each other.
The angular articulated connection between the shaft 26 'and the median body 112 is ensured by means of a pair of balls, only one of which, 120, is visible in solid lines in the drawing. We
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at. shown at 120 ', with a drawdown at 90, the two balls in question. Each of them is partially engaged in a housing 121 of the plate 109 and in a corresponding housing 122 of the median body 112.
It will be understood that the automatic clamping device according to FIGS. 9 and 10 allows large longitudinal movements transmitted by the two balls 115, the balls 120 no longer serving as one of the axes of a drive shaft. The spring 119 constantly ensures the axial application of the balls 120 in their housing.
The fig.ll shows an economical variant of the end of the motor shaft 6 of the example according to fig.6.
The motor shaft 6 'has a constriction 123 and, where the latter connects with the periphery of the shaft, two blunt edges 7', 8 'on which the transmission balls such as 9' and which replace the cones 7 and 8 of fig. 6. This variant offers the advantage of a lower cost price and less fragility of the motor shaft, compared to the construction according to fig.6.
A ball speed change of the kind shown in fig. 6 with a very small invariable reduction ratio can advantageously be used as a transmission device for controlling small devices, such as variable capacitors of a device. radioelectric for example; it is conceivable that in order to reduce the dimensions of the apparatus, at least one raceway made of elastic material will be used as a clamping device, instead of a spring.