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Changement de vitesse progressif.
La présente invention concerne un dispositif mécani- que pour transmettre l'énergie entre deux arbres tournants coaxiaux (ou leurs équivalents) avec un rapport de vitesse qu'on peut faire varier de manière continue en modifiant l'ex- centricité d'un des organes intermédiaires qui transmettent le mouvement.
Ce dispositif comprend essentiellement : un disque moteur (ou xx solidaire de l'arbre moteur) et un disque conduit (ou solidaire de l'arbre conduit) tournant autour du même axe ; un anneau de renvoi tournant autour d'un axe parallèle à l'axe commun des deux disques mais dont la distance à cet axe peut
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être modifié ; une série de secteurs propres à opérer l'accou- plement dans un seul sens avec possibilités de glissements re- latifs entre disque moteur et anneau de renvoi, et une seconde série de secteurs propres à opérer l'accouplement dans une seule direction; mais en sens inverse du premier, entre l'anneau de renvoi et le disque conduit.
On entend.-par secteur d'accouplement pour une seule di- rection, appelé aussi accouplement à roue libre, un organe de n'importe quelle forme dont une partie porte un ou plusieurs des éléments (loqueteau, cliquet, ou bille ou rouleau sur rampe inclinée, ou similaire) permettant d'effectuer dans un seul sens l'embrayage avec un autre élément opposé-(dent de scie ou sur- face de coincement du rouleau ou de la bille) solidaire d'un des disques ou de l'anneau de renvoi, tandis qu'une autre par- tie de cet organe porte l'élément de guidage (ergot, cannelure ou similaire) pouvant s'accoupler avec possibilité de glissement, avec l'élément opposé correspondant (cannelure ou ergot) soli- daire de l'anneau de renvoi ou des disques.
Une des caractéristiques du dispositif réside dans le fait que les secteurs d'accouplement, aussi bien ceux de la première série que ceux de la seconde, ne coopèrent, par l'intermédiaire des éléments d'embrayage, ou' avec le disque moteur ou le disque conduit correspondant tandis que, par l'in- termédiaire des éléments de guidage, ils ne coopèrent qu'avec l'anneau de renvoi.
Une aute caractéristique réside dans le fait que les deux séries de secteurs travaillent d'un même côté de l'anneau de renvoi.
Ces dipositions particulières entrainent une autre caractéristique qui est de pouvoir accoupler ou combiner les secteurs d'une série avec ceux de l'autre série,obtenant ainsi des formes différentes de réalisation en combinant seulement
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les éléments d'embrayage, ou seulement les éléments de guidage, ou encore les deux à la fois, Dans ce dernier cas, le dispositif ne possède en effet qu'une seule série de secteurs d'accouplement (secteurs à double embrayage) dont chacun contient, en un seul bloc, les deux éléments d'embrayage pour chacune des directions de sens opposé, et un seul élément de guidage commun.
Eh em- ployant des secteurs à double embrayage, le mouvement se trans- met comme dans le cas des deux séries de secteurs distincts, c'est à dire en réalisant, pour une excentricité quelconque de l'anneau de renvoi, deux rapports de transmission différents, l'un entre disque moteur et anneau de renvoi, l'autre entre an- neau de renvoi et disque conduit, le produit des deux rapports partiels représentant le rapport résultant de transmission du dispositif .
D'autres,-caractéristiques apparaîtront au cours de la
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descriptionci-après/
Les'formes de réalisation de l'invention sont nombreuses et diverses, suivant le type de secteur d'accouplement et de ses deux éléments d'embrayage et de guidage, et aussi suivant les diverses dispositions que l'on peut adopter pour les sec- teurs dans le corps du dispositif.
Afin que l'invention soit mieux comprise, nous décrivons simplement, à titre indicatif et non limitatif, quelques formes reproduites dans les dessins joints en ayant spécialement en vue l'application du dispositif aux bicyclettes. Il est bien entendu cependant que l'invention ne s'applique pas seulement à cette utilisation particulière, mais qu'elle peut être appli- quée à tout autre cas pour lequel il sera nécessaire de pouvoir modifier le rapport de transmission entre un arbre moteur et un arbre entrainé en général.
La figure 1 représente une forme de réalisation du dis- positif en coupe partielle suivant le plan diamétral C-D.
La figure 2 représente une coupe du dispositif suivant le plan A-B perpendiculaire à l' axe.
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Les figures 3,4 et 5 représentent un secteur d'accouple- ment respectivement en coupe suivant G-H, vu par l'arrière et vu en plan.
La figure 6 est une coupe axiale de l'anneau de renvoi.
Les figures 7 et 8 reproduisent une première variante des disques moteur et conduit et des secteurs avec éléments d'em- brayages à rouleaux.
Les figures 9 et 10 représentent une seconde variante des disques moteur et conduit et des secteurs avec des élé- ments d'embfayage à cliquet.
Les figures 11,12,13,14,15,18 et 19 représentent d'autres variantes des secteurs.
Les figures 16 et 17 représentent un dispositif utilisant les secteurs du type représente figures 12,13,14,15 et des organes particuliers pour faire varier l'excentricité.
Le dispositif représenté figures 1 et 2 est du type à une seule série de secteurs à double embrayage. Il est cons- titué par un disque moteur 1 avec couronne dentée extérieure 2 prévue pour une transmission par chaîne, et par un disque conduit 3 dont le moyeu 30 est fileté de manière à pouvoir être appliqué directement et sans autre modification sur un moyeu de bicyclette, aux lieu et place du pignon normal à roue libre de la roue arrière. Les deux disques peuvent tour- ner autour de l'axe commun X-X et , grâce à l'interposition d'une couronne de bielles 4,peuvent tourner indépendamment l'un de l'autre. Le disque 1 est pourvu d'une couronne annu- laire 5 faisant corps avec lui et le disque 3 d'une couronne analogue 6, ces couronnes ayant une épaisseur uniforme et étant coaxiales avec les disques.
A cheval sur ces couronnes coulisse une seule série de six secteurs d'accouplement 7 munis des deux rainures concentriques 8 et 9 dans lesquelles glissent les couronnes 5 et 6.
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Dans chaque secteur 7 sont pratiqués deux évidements 10 et 11 dont le dos est en forme de rampe 12,13 et qui sont en communication avec les rainures 8 et 9 de manière que les rouleaux (ou les billes) 14 et 15 qui sont placés dans ces évidements viennent en contact avec les couronnes annulai- res 5 et 6 des disques correspondants. On doit noter que, sur un même secteur, les sens des rampes sont inverses l'un de loutre afin que le secteur puisse embrayer dans un seul sens avec la couronne annulaire 5 du disque moteur et dans le sens opposé avec la couronne 6 du disque conduit. Au dos de chaque secteur est pratiquée, dans Le sens radial, une rainure 16 dans laquelle peut coulisser le bouton ou ergot 17 correspondant, solidaire de l'anneau de renvoi 18 qui porte autant d'ergots qu'il y a de secteurs.
Ces er- gots sont fixés sur un seul côté de l'anneau et à interval- les angulaires égaux. L'anneau de renvoi 18 peut tourner, étant supporté par des-'oilles 19, à l'intérieur d'un autre anneau "0 pourvu de deux oreilles 21 et 82. L'oreille 21 est montée sur le pivot 23 fixé au couvercle 84. L'oreille 22 dépassant à l'extérieur à travers une fente appropriée pratiquée dans le couvercle peut être déplacée pour faire varier ainsi l'excentricité de l'axe Y-Y, de l'anneau 18, par rapport à l'axe X-X. Le couvercle 24, destiné à être fixé par un procédé quelconque au cadre: de la bicyclette, permet aux disques de tourner librement grâce à l'inter- position des billes 25.
On peut employer, pour déplacer l'oreille 22 et la fixer dans la position correspondant à l'excentricité désirée, des organes (non représentés sur le dessin) d'un type connu quelconque, comme par exemple, un levier en équerre fixé au cadre de la bicylcette et relié à l'oreille 22 par un câble- métallique souple sous gaine. On peut, éventuellement, rendre cette .manoeuvre de l'oreille automatique en fonction des variaations de
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charge en insérant par exemple un ressort taré réagissant entre l'oreille 22 et le couvercle 24.
Le dispositif fonctionne comme suit- Dans le cas d'une excentricité nulle (axes X-X et Y-Y coïncidant), si le disque moteur 1 tourne dans le sens de la flèche, les rouleaux 14 des évidements extérieurs 10 des secteurs 7, se maintenant en contact (éventuellement avec le secours d'un petit ressort) avec la couronne 5, sont entrainés par celles-ci et vont se coincer entre cette couronne et la rampe 12 et mettent': ainsi les secteurs en prise avec le disque. Ces secteurs, ainsi con- traints de tourner, entraînent dans leur rotation l'anneau de renvoi au moyen des éléments de guidage cannelure 16 et ergot 17.
Si l'excentricité est nulle, tous les secteurs 7 tournent à la même vitesse que le disque moteur et,de ce fait, les rou- leaux 15 des évidements intérieurs 11 vont et restent en pri- se avec laccouronne 6 du disque conduit 3 qui, par suite, tour - ne à la même vitesse que le disque moteur, doncavec un rapport de transmission de 1/1.
Par contre, dès que se manifeste une excentricité quelconque dans l'anneau de renvoi (XY, fig.2), les ergots 17 de cet anneau 18 sont tenus en tournant de coulisser dans les cannelures de guidage 16 des secteurs 7 obligeant ces der- niers à modifier de manière continue leur vitesse de lisse- ment par rapport à la couronne 6 du disque moteur, cette vi- tesse étant minimum quand le plan contenant X-X et Y-Y se trouve du côté de E, et maximum quand ce plan se trouve du coté diamétralement opposé F. Etant donné les vitesses rela- tives différentes que prennent l'un par rapport à l'autre les divers organes en rotation dans le cas où se manifeste une excentricité quelconque,
le mouvement se trouve effectivement transmis du disque moteur 1 à l'anneau de renvoi 18 par le seul secteur 7 qui vient passer à une vitesse inférieure à celle de tous les autres dans la zone angulaire T, Y, U, le rou-
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leau 1 de l'évidement extérieur 10 venant seul en prise et le rouleau 15 de l'évidement intérieur du même secteur restant libre.
Le mouvement est ensuite transmis de l'anneau de renvoi 18 au disque conduit 3 par le seul secteur 7 qui vient passer à une vitesse supérieure à celle de tous les autres dans la zone angulaire V YZ, le rouleau 15 de l'évidement intérieur 11 ve- nant seul en prise et le rouleau 14 de l'évidement extérieur 10 du même secteur restant libre.Les vitesses angulaires du dis- que moteur, de l'anneau de renvoi et du disque conduit sont, dans ce cas, différentes entre elles et le rapport de transe mission résultant entre disque conduit et disque moteur, tou- jours supérieur à un, augmente à mesure qu'augmente l'excen- tricité.
On doit noter que, théoriquement, le fonctionnement du dispositif ne serait pas modifié si,au lieu de pratiquer les rainures de guidage 16 sur les secteurs 7, on les pratiquait sur l'anneau de renvoi 18 (qui deviendrait, dans ce cas, un disque à rainures radiales et si, vice-versa, les ergots cor- respondants 17 étaient rendus solidaires de chaque secteur et non pas de l'anneau de renvoi.
l'hais, pratiquement, la solution précédemment décrite est beaucoup plus avantageuse que la se- conde parce que, à égalité de diamètres et par suite, d'encom- brement, l'excentricité maximum de l'anneau de renvoi pourvu d'ergots (et par elle la variation maximum du rapport de trans- mission) atteint une valeur sensiblement quadruple de celle que l'on obtiendrait avec un anneau de renvoi pourvu de can- nelures radiales.C'est précisément pour cette raison que, avec un dispositif représenté en grandeur nature (échelle 1/1) sur le dessin des figures 1 et 2, on peut obtenir un rapport de transmission maximum entre disque moteur 1 et disque conduit 3
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égal à Z/19 environ,
Les figures 7 et 8 représentent le cas où les disques moteur 1 et conduit 3,
au lieu d'être pourvus de couronnes
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saillantes sont pourvus de gorges ou de canaux circulaires 31, 32, coaxiaux, entre lesquels coulissent les éléments d'embrayage des secteurs d'accouplement 7' dont les évidements à rampe sont disposés, dans ce cas, comme il est indiqué figure 8.
On peut adopter une autre variante indiquée par les figures 9 et 10 et dans laquelle les éléments d'embrayage sont du type à cliquet. Dans ce cas, les gorges des disques portent, solidaire sur un de leurs flancs, une couronne dentée à dents de scie 33,34, tandis qu'au lieu de rampes et de rouleaux de mise en prise , on dispose sur les secteurs 7" de.s cliquets 35, 36 maintenus constamment en contact avec les couronnes dentées correspondantes au moyen de petits ressorts de rappel 37,38.
Dans ce cas, également, le dispositif de changement de vitesse fonctionne comme dans les cas précédents.
Il peut être extrêmement avantageux d'interposer des rouleaux 51,52- (figure 11) entre les surfaces des secteurs 7 qui viendraient frotter sur les couronnes circulaires ou dans les gorges des disques moteur et conduit. En effet, on réduit ainsi, notablement,les pertes par frottement de glissement et les efforts à développer au moment du débrayage.
Le type de secteur représenté par les figures 12,13, 14 et 15 permet en outre d'éliminer avantageusement les incen - vénients que l'on peut constater, avec les types de secteurs précédemment décrits, à cause de la distance fixe existant entre les deux rampes de mise en prise creusées dans le même blof, in- convénients qui peuvent provenir, par exemple, d'une non con- cordance des axes des deux canaux ou des deux disques par suite d'usure ou pour tout autre motif.
Ce secteur, qui représente une variante de celui de la figure 8, est essentiellement cons- titué par une plaque rigide 58 dont le dos présente la cannelure habituelle 16 et qui porte, solidaires avec elle, sur la face opposée, deux paires de taquets 54, 55 et 56,57 disposés de manière à pouvoir pénétrer, avec un 3 eu convenable, dans les
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canaux correspondants 76 et 77 (voir fig.17) des deux disques moteur et conduit.
Entre chaque paire de taquets est posé librement, avec un très faible jeu, un petit bloc cunéiforme interchangeable 59,60 dont une face (par exem- ple la face intérieure) est concentrique avec les canaux tandis que l'autre face est façonnée en forme de rampe (les rampes des blocs 59,60 d'un même secteur étant in- clinées en sens inverse l'une de l'autre).On interpose également au moment du montage du dispositif, des rouleaux de support 61,61' qui roulent entre la face concentrique au canal et celui-ci, et un ou plusieurs rouleaux de mise en prise 62, 62', entre la rampe inclinée et l'au- tre bord du canal.Les petits ressorts 63,63' appuient légèrement sur les rouleaux 62,62' afin d'assurer le con- tact continu de ceux-ci avec les surfaces entre lesquel- les ils se trouvent pris.
Les petits blocs cunéiformes peuvent naturellement avoir, au lieu d'une seule rampe, deux ou plusieurs ram- pes consécutives et identiques avec un ou plusieurs rou- leaux sur chaque rampe. Parmi les divers avantages offerts par ces secteurs à rampes indépendantes, on doit noter celui de pouvoir faire aisément fonctionner le même dis- positif soit dans le sens des aiguilles d'une montre, soit en sens inverse en inversant simplement au montage l'orien- tation des blocs cunéiformes de manière que les rampes qui étaient primitivement inclinées à droite se trouvent in- clinées vers la gauche et vice-versa.
Les figures 16 et 17 représentent un autre dispo- sitif particulièrement propre à l'emploi sur les bicyclet- tes courantes et dans lequel sont utilisés les secteurs qui viennent d'être décrits. La figure 16 le représente en demi-coupe suivant H-I et la figure 17 en coupe par- tielle suivant LMN et suivant PQ. Ce dispositif est cons-
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titué par le pignon, ou disque moteur 71 avec une denture normale pour chaîne de bicyclette, et par le moyeu ou disque conduit 72 pourvu d'un filetage 74 permettant de le monter sur le moyeu d'une bicyclette ordinaire aux lieu et place du pignon arrière à roue libre. Les deux disques 71 et 72 sont coaxiaux et peuvent tourner indépendamment l'un de l'autre, grâce à l'interposition des billes 75.
Le disque 71 est pourvu du canal annulaire (ou gorge) 76 et le disque 72 du canal 77, tous deux ayant même axe X-X.
Dans ces canaux coulissent les paires de taquets 54,55 et 56,57 d'une série de six secteurs d'accouplement du type représenté figures 12,13,14 et 15. Les six secteurs s'ac- couplant avec l'anneau de renvoi 18 au moyen des ergots 17 qui coulissent dans les rainures correspondantes 16 de ces secteurs. L'anneau 18 tourne librement, porté, avec interposition des billes 19, par un disque 78 pourvu d'un trou circulaire excentre dans lequel peut tourner un autre disque 79, pourvu à son tour d'un trou circulaire de même excentricité et qui peut tourner librement, avec inter- position des billes. 87, sur le moyeu du disque 72 coaxial avec lui. On peut, de l'extérieur, faire tourner à volonté ce disque 79 rendu solidaire de la plaque 80, à gorge périphérique, au moyen des vis 81.
La commande extérieure peut être réalisée, par exemple, en tirant sur l'une ou l'autre des extrémités d'un câble métallique 82 fixé en un point déterminé 83 de cette gorge.
Le disque 78 est muni à son tour de l'ergot de réaction 84 coulissant dans la rainure 85 du couvercle 24 destiné à être fixé au cadre de la bicyclette avant le fonctionnement. Il est évident qu'en faisant tourner gra- duellement le disque excentrique 79 jusqu'-à 1800 depuis la position initiale indiquée sur la figure, l'excentri- cité du disque 78 et, par suite celle de l'anneau de ren-
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voi 18 variera de zéro jusqu'à un maximum égal au double de l'excentricité du disque 78.Le fonctionnement du dis- positif que nous venons de décrire, est identique à celui du dispositif déjà représenté aux figures 1 et 2.
Les figures 18 et '19 représentent une variante du secteur, à éléments de mise en prise du type à cliquets, représenté figures 9 et 10.Ce type de secteur est sem- blable à celui représenté figures 12,13,14 et 15 et n'en diffère que par le fait que les petits blocs cunéiformes et les rouleaux correspondants sont remplacés par des tas- seaux 65 interposés entre les paires de taquets 54,55 et 56,57 et portant, montés sur pivots, un ou plusieurs cli- quets 66, 66' et 67,67' avec leurs petits ressorts de rappel correspondants 68 et 69.
Dans ce cas, des couron- nes dentées pour l'accrochage des cliquets,étant disposées dans les canaux annulaires, les taquets lisses 54, 55 et 56, 57 des secteurs seront, naturellement; guidés par des cou- ronnes annulaires lisses convenablement disposées dans ces canaux mêmes .Afin d'obtenir une plus grande uniformité dans la transmission à vitesse réduite, il est très avan- tageux, dans ce cas, de prévoir pour chaque organe de mise en prise deux ou plusieurs cliquets 66', 67' en décalant leurs pointes de 1/2 ou de 1/3 ou de 1/n du pas des dents de la couronne dentée correspondante suivant qu'il y aura 2,3 ou n cliquets.
Ceci équivaut en effet à faire fonc- tionner le dispositif comme si. les couronnes dentées avaient un nombre de dents double, triple, ou égal à n fois le nombr= de dents qu'elles portent. On peut., naturellement, employer bien d'autres types de cliquets en se basant sur les mêmes principes. On peut aussi introduire d'eutres variantes dans la disposition des disques moteur et conduit lesquels peu- vent, au lieu d'être disposés concentriquement, être disposé
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l'un en face de l'autre avec, entre eux deux, l'anneau de renvoi dont les éléments de guidage seraient, dans ce cas, disposés sur les deux faces.
Il est évident qu'on peut faire fonctionner chaque disque soit comme disque moteur, soit comme disque conduit en inversant simplement leur sens de rotation. On peut in- troduire également d'autres variantes afin d'adapter le dispositif à des machines spéciales auxquelles il peut être appliqué sans que cela puisse nuire au principe de l'inven- tion.