<Desc/Clms Page number 1>
Dispositif mécanique pour la transmission de mouvement rotatif d'un arbre à un autre arbre avec vitesse variable.
La présente invention est relative à un dispositif pour la transmission de mouvement rotatif, de n'importe quelle manière, d'un arbre à un autre arbre avec vitesse variable.
L'invention est basée sur le principe qu'en admettant la possibilité de maintenir une transmission de mouvement dun arbre à un autre arbre pendant un déplacement relatif de l'un par rapport à l'autre, le rapport des vitesses.de ces deux arbres varie graduellement de 1 à une valeur désirée quelconque avec le déplacement des arbres depuis la position coaxiale jusqu'à une distance des deux arbres entr'eux dépendant de cette valeur, pour retourner graduellement à 1, lorsque ces arbres sont à nouveau rapprochés jusqu'à redevenir coaxiaux.
Le dispositif suivant la présente invention a pour but de réaliser une possibilité de transmission de mouvement entre deux arbres en combinaison avec leur déplacement relatif et ce dispositif est caractérisé en ce qu'on accouple
<Desc/Clms Page number 2>
fonctionnellement les deux arbres, desquels l'un est en posi- tion fixe et l'autre est monté de façon à pouvoir être porté d'une position coaxiale avec l'arbre fixe dans une position limite éloignée de celui-ci, en se servant d'un système de- bras articulés sur l'arbre qui se déplace et qui est mis en relation de mouvement rotatif avec l'arbre fixe par des élé- ments de pression correspondants,
qui sont disposés de façon à constituer les organes conduits ou conducteurs d'une trans- mission planétaire ou équivalente capable d'empêcher un renver- sement du sens d'action des éléments de pression pendant le fonctionnement de l'appareil,
L'invention sera clairement comprise en se basant sur la description qui suit des conditions cinématiques obtenues par l'invention, ainsi que des exemples de réalisation du dispositif qui en forme l'objet, cette description se reportant aux dessins ci-joints, dans lesquels :
Fig. 1 est un schéma donné à titre d'exemple servant à démontrer les rapports cinématiques du dispositif suivant l'invention.
Figs. 2 et 3 montrent schématiquement, respectivement en vue frontale et en vue de côté, un exemple de réalisation de ce dispositif dans le cas où le système des bras mobiles consis- te en une étoile n'ayant que deux bras à 1800 entr'eux et que cette étoile, articulée sur l'un des arbres à accoupler en transmission de mouvement, se trouve en position coaxiale par rapport à l'autre arbre.
Figs. 4 et 5 représentent le même dispositif avec l'étoile déplacée avec l'arbre sur lequel elle est montée, dans une position limite par rapport à l'autre arbre.
Figs. 6 et 7 montrent en vue frontale deux mécanismes au moyen desquels on peut obtenir le déplacement d'une étoile montée sur l'arbre déplaçable , dans un dispositif de transmis- sion de mouvement rotatif d'un arbre à un autre arbre à vitesse variable.
<Desc/Clms Page number 3>
Figs, 8 à 17 montrent des variantes des détails des moyens de blocage indiqués dans la forme de réalisation du dispositif suivant les figs. 2 à 5.
Fig. 18 représente en vue frontale une autre forme de réalisation du dispositif suivant l'invention.
Figs. 19 et 20 montrent en vue frontale une troisième forme de réalisation de ce dispositif, respectivement en posi- tion coaxiale et en position éloignée des axes des deux arbres.
Fig. 21 montre en vue frontale une quatrième forme de réalisation du dispositif suivant l'invention.
Fig. 22 montre schématiquement un exemple d'application du dispositif suivant l'invention.
En se reportant à la fig. 1, soit 0 l'axe d'un arbre fixe en position, O' l'axe d'un arbre déplaçable, OA une manivelle articulée sur l'arbre fixe supposé moteur, O'A' un des n bras de commande de l'arbre déplaçable mis en rotation par la manivelle OA, avec déplacement des points A et A' le long du bras O'A' pendant le mouvement, S la distance variable entre les axes 0 et O'.
11 est clair que pendant que la manivelle OA parcourt autour de 0 l'angle Ó, le bras O'A' accomplit autour de O' une rotation d'un angle Ó' avec un rapport de vitesse #=Ó/Ó', qui est dépendant de la distance S. Il est évident aussi que, n étant le nombre des bras commandés par l'arbre fixe, l'angle par lequel chaque bras contribue à la commande du mouvement de l'arbre ayant l'axe O' est Ó' 360
2n Cela étant établi et en indiquant par R la longueur OA, c'est à dire le rayon de la manivelle motrice, on a par le tbéorème des sinus et en faisant les substitutions appropriées, que les deux valeurs S et # sont liées entr'elles théoriquement par l'équation suivante :
180 . 180 180 S R (cos 180 cotg 180 sin 180 n # n n
Dans la pratique, pour tenir compte de la disposition des
<Desc/Clms Page number 4>
organes d'accouplement et de la précision plus ou moins grande de travail et de montage des différentes parties du dispositif, il faut introduire dans la formule un coefficient K dépendant de ces deux facteurs.
L'équation indiquée ci-dessus devient ainsi ; ¯ , 180 . 180 180
EMI4.1
S = R (cos 180- cotg 180- sin ln- ) K n # N n
C'est cette dernière équation qui caractérise cinématique- ment le dispositif suivant l'invention.
Ce dispositif peut être réalisé de plusieurs façons.
Dans l'exemple des figs. 2 à 5, sur un arbre 1 qu'on sup- pose moteur, est fixée une roue dentée planétaire 2, avec la- quelle s'engagent deux roues satellites 3 et 3'. Celles-ci peuvent tourner dans un seul sens, et notamment de droite à gauche, parce qu'elles sont empêchées de tourner dans le sens opposé par les cliquets 4 et 4'. Les satellites tournent sur des pivots qui, se prolongeant à l'un de leurs côtés hors des satellites, présentent une tête parallélipipédique, 5 et 51 respectivement. Les deux têtes 5 et 5' sont montées de façon à pouvoir glisser dans les coulisses longitudinales 6 et 6' des deux bras 7 et 7', solidaires entr'eux et dirigés en sens opposé d'une étoile qui peut être déplacée le long d'un axe de la roue 2, sur lequel la coulisse fixe 8 est également disposée.
Dans cette coulisse peut glisser un arbre 9, qu'on suppose être l'arbre conduit, cet arbre étant supporté par le moyeu de l'étoile.
Dans les figs. 2 et 3 l'étoile se trouve avec son axe sur l'axe de la roue 2.
Dans ce cas, si on fait tourner la roue 2 de droite à gauche, les roues satellites 3 et 3', ne pouvant pas tourner de gauche à droite à cause des cliquets 4 et 4' qui les empêchent de tourner dans ce sens, sont entraînées par la roue 2 dans sa rotation et avec elles l'étoile est également entraînée, avec comme conséquence une rotation de l'arbre 9. Ainsi, pendant que la roue 2 parcourt un angle , l'étoile, et par conséquent l'arbre 9, tourne d'un angle Ó' =Ó, de façon que le rapport
<Desc/Clms Page number 5>
de transmission est #= 1.
Dans les figs. 4 et 5 eu contraire, l'étoile est disposée à l'extrémité de l'axe de la roue 2.
Dans ces conditions, en faisant tourner la roue motrice 2 de droite à gauche, tandis que le bras 7 portant la roue satel- lite 3 diminue graduellement pendant sa rotation jusqu'à avoir la moindre longeur lorsqu'il arrive dans la position horizon- tale, le bras 7' portant la roue satellite 3' augmentera jus- qu'à atteindre un maximum dans la position horizontale. Pen- dans ce mouvement, la roue satellite 3 reste bloquée sur la roue 2 par le cliquet 4, tandis que la roue satellite 3' à cause de son plus grand bras est obligée de se développer sur les dents de la roue 2. Les conditions de mouvement se renver- sent aussitôt que les bras 7 et 7' dépassent la position verti- cale et elles restent ainsi renversées jusqu'à ce que le bras 7 vienne occuper la position primitive du bras 7' et vice-versa, après quoi le cycle se répète.
Pour le renversement des deux bra 7 et 7' l'étoile doit tourner d'un angle al =180 , tandis que pendant le même temps la roue motrice 2 tourne seulement de l'angle formé par les droites joignant son axe aux axes des rou- satellites 3 et 3t en position de repos, cet angle a( étant maintenu à 90 pour le déplacement extrême de l'étoile suivant les figs. 4 et 5. Le rapport de transmission est dans ce cas: Ó 180
EMI5.1
-.#-. --#. 2 z
Naturellement dans les différentes positions de l'étoile intermédiaire entre celle des figs. 1 et 2 et celle des figs.
4 et 5 le rapport de transmission variera progressivement entre 1 et 2.
Jusqu'ici on n'a considéré que le cas de deux seuls satel- lites disposés dans une étoile à deux bras.
En augmentant le nombre des satellites, ce nombre n fait varier l'angle que l'étoile doit accomplir afin qu'un satellite passe de la position de blocage sur la roue motrice dans la position dans laquelle il commence à se développer sur celle-ci
<Desc/Clms Page number 6>
suivant le rapport déjà indiqué ci-dessus :
EMI6.1
360 2n de façon que, si la roue motrice parcourt pendant ce temps un angle ± , le rapport de transmission sera
EMI6.2
oC* 360
Il en résulte que par le dispositif suivant l'invention on peut théoriquement faire varier le rapport de transmission de 1 à un nombre indéfini. Naturellement lors de la réalisation du dispositif des raisons de construction et de fonctionnement établiront les limites entre lesquelles la variabilité du rap- port de transmission devra être maintenue.
En arrivant maintenant aux changements possibles des détails du dispositif, on se reporte avant tout à la fig. 6, qui montre une façon d'obtenir en même temps la rotation et la translation de l'étoile.
Suivant cette figure, la roue motrice 1 fait tourner la roue conduite 10, qui étant solidaire à l'étoile 11 lui fait accomplir le même nombre de tours. Or, la roue motrice étant accouplée à la roue 10 et par conséquent à l'étoile 11, au moyen de la tige de support 12, qui à son tour peut tourner autour du pivot 13 de la roue motrice 1, il est évident qu'en faisant tourner de l'angle désiré la tige de support autour du pivot 13, on obtient en même temps la rotation et la transla- tion de l'étoile.
La fig. 7 représente schématiquement en vue frontale un système pour obtenir le déplacement au moyen d'un excentrique à collier. Dans ce cas également, si on suppose que l'étoile 11 tourne sous la pression ds pivots agissant dans ses coulis- ses, en faisant tourner autour du pivot 13' l'excentrique 10', on obtient le déplacement de cette étoile.
Il est évident que les déplacements pourront également être obtenus par de nombreux autres moyens, comme par exemple par un secteur disposé excentriquement par rapport à une vis sans fin, un piston faisant agir pneumatiquement ou hydrauli- quement un système d'électroaimants convenablement disposé etc.
<Desc/Clms Page number 7>
Naturellement les déplacements peuvent être imprimés in- différemment à l'étoile, à la roue ou à des organes équivalents à celles-ci.
Figs. 8 et 9 représentent schématiquement, respectivement en vue de côté et en vue frontale, en partie en coupe, un détail du dispositif de blocage.
Dans ces figures, 11 représente l'étoile à coulisses, sur laquelle agissent les pivots 5 et 5' qui font partie de la cage 14 dans laquelle la roue 15 peut tourner. La forme interne de cette cage est telle que la cage peut contenir dans son intérieur des séries de rouleaux de diamètres différents, dis- posés en échelle. Il résulte de la fig. 9 que si la roue centrale 15 pouvait tourner de gauche à droite, les rouleaux se déplaçant dans le même sens dans la cage 14 permettraient le déplacement de celle-ci, tandis que lorsque la roue tourne de droite à gauche, les rouleaux bloquent la cage sur la roue 15, l'entraînant dans la rotation, de façon que les pivots 5 et 5' fixés à la cage 14 font tourner l'étoile 11 dans le même sens.
Figs. 10 et 11 représentent schématiquement en vue de côté et frontale, partiellement en section, un autre détail du dispositif de blocage, dans lequel la possibilité de glissement ou de blocage de la roue 15, au lieu de la forme interne de la cage, dépend de l'excentricité des rouleaux.
Figs. 12, 13 et 14 représentent schématiquement un détail de dispositif de blocage, respectivement en vue de côté avec possibilité de glissement, en vue de côté avec blocage et en vue frontale partiellement en coupe,
Suivant la fig. 12, les roues dentées 16 et 17, qui ont la possibilité de glisser sur le pivot 18, engrènent avec le roue dentée 19 ayant des dents à flèche. Lorsque les roues 16 et 17 tendent à se développer sur la roue 19 dans un certain sens, les poussées latérales agissent sur les dents de façon à les tenir rapprochées, permettant ainsi ce développement.
<Desc/Clms Page number 8>
Au contraire, lorsque la rotation se fait dans le sens opposé, les pressions changent également de sens, provoquant l'éloi- gnement des roues 16, 17 (fig. 13) cela étant facilité par le ressort 20. Les roues 16 et 17 portent sur leur côté externe une série de dents radiales, qui s'insérant entre des dents correspondantes fixes formées dans un étrier convenable 21 et 22, empêchent les roues 16 et 17 de tourner, de façon que ces roues deviennent solidaires de la roue 19 et au moyen du pivot 18 elles transmettent le mouvement à l'étoile 11.
Figs. 15 et 16 représentent schématiquement, respective- ment en vue de côté, partiellement en coupe, et en vue fronta- le, un autre détail du dispositif de blocage, où les glisse- ments dans un sens et les blocages dans le sens opposé s'accom- plissent au moyen du cliquet 23 qui à cause des pressions dans un sens ou dans l'autre de l'étoile 11, permet à celle-ci de glisser ou bien de rester bloquée sur la roue 24.
Fig. 17 montre schématiquement en vue frontale, partielle- ment en coupe, un autre détail de blocage. Ce blocage se compo- se d'une roue.dentée 25, qui porte dans son creux central le pivot 26 formé de façon à permettre l'insertion des rouleaux 27. Ces rouleaux, lorsque la roue tourne de droite à gauche, la rendent solidaire du pivot 26, tandis que la roue reste libre lorsqu'elle tourne de gauche à droite, Quant au reste, le fonctionnement s'accomplit comme dans les cas décrits jusqu'ici
De ce qui a été exposé ci-dessus il résulte qu'on peut imaginer de nombreux systèmes mécaniques d'accouplement per- mettant le glissement dans un sens et le blocage dans l'autre.
D'autre part, outre les systèmes mécaniques on peut adopter des systèmes pneumatiques, hydrauliques ou électriques, ainsi que toutes combinaisons possibles de ces systèmes entr'eux.
Fig. 18 représente un dispositif qui permet de substituer à l'étoile des roues dentées toujours en engagement. En effet, les roues 28 et 28' accouplées entr'elles par la tige 29, por- tant à ses extrémités des pivots fixes sur lesquels ces roues
<Desc/Clms Page number 9>
peuvent tourner, sont accouplées à la roue avec denture interne 30 au moyen des roues 31 et 31'.L'accouplement entre les roues 28,-31 28',31' est obtenu au moyen des leviers 32 et 32' qui, bien que les tenant à la distance désirée, permet- tent aux roues 31 et 31' de se déplacer d'un certain angle, dépendant de l'écartement des axes, comme des satellites autour des roues 28 et 28'. De cette façon, tout en déplaçant la roue par rapport aux roues 28 et 28', l'accouplement est maintenu de manière constante.
Les blocages peuvent être effectués indif féremment sur les roues 28 au 31; d'autre part, le dispositif peut être formé avec la roue dentée 30 disposée à l'intérieur des roues 28,28'- 31,31''.
Des dispositifs de ce genre peuvent être étendus à des dispositifs avec un nombre quelconque de bras.
Figs. 19 et 20 représentent une forme de réalisation du dispositif, dans laquelle les pivots 5", jusqu'ici considérés mobiles et tournant comme des satellites autour de la roue, sont dans ce cas fixés sur celle-ci, qui à cause de cela peut avoir une forme quelconque. Dans le cas présent elle est consti tuée par la plaque 33.
Mais il faut en tout cas que le mécanisme remplaçant la roue maintienne les pivots toujours éloignés à distance égale du centre et entr'eux. L'étoile, jusqu'ici considérée comme ayant des bras rigidement liés entr'eux, est maintenant repré- sentée par des rayons 34 indépendants l'un de l'autre et for- mant ainsi une série de manivelles à coulisse, qui peuvent tourner avec des vitesses angulaires différentes l'une à l'autr.
Les blocages jusqu'ici considérés comme appliqués sur les pivots, fonctionnent maintenant directement sur l'arbre 9'.
Pour la facilité de représentation on a choisi dans ce cas un blocage à rouleaux. Il est évident que les blocages peuvent être appliqués extérieurement, avec les manivelles 34 renver- sées vers le centre.
Le fonctionnement a lieu comme suit :
Dans la fig. 19 la plaque 33, portant au centre l'arbre
<Desc/Clms Page number 10>
moteur, est coaxiale avec l'arbre conduit 9'. Il est évident que lorsque la plaque 33 tourne d'un angle 2Ó=30 , les pivots 5" solidaires avec elle tournent eux aussi de 90 . Même chose pour les manivelles, qui tourneront de droite à gauche et par l'effet des blocages 35 qui les rendent solidaires à l'arbre conduit 9', feront parcourir à cet arbre le même angle 2 Ó '. ni* Le rapport de transmission sera de Ó'/Ó.
Dans la fig. 20, l'axe de l'arbre 9' est éloigné de celui de l'arbre moteur. Dans ce cas, pendant que la plaque et les pivots parcourent l'angle 2 Ó = 90 , les manivelles parcour - ront des angles plus ou moins grands suivant leur position.
En prenant en considération la manivelle 34, elle ira occuper la position de la manivelle 34' parcourant l'angle 2 Ó' et, la rotation ayant lieu de droite à gauche, l'arbre 9' rendu solidaire par les blocages 35 à la bielle 34, parcourra le même angle 2 ', tandis que les manivelles 34', 34" et 34"' parcourront évidemment des angles plus petits et par suite elles auront une vitesse inférieure par rapport à l'arbre 9', d'où leur possibilité de glissement. Il est évident que la manivelle 34"' occupera la place de la manivelle 34 et elle donnera ainsi l'impulsion successive à l'arbre 9', etc. Le rapport de transmission sera Ó'/Ó où on a Ó'= 360 /2n.
Ó 2n
Fig. 21 représente en vue frontale, partiellement en coupe, un dispositif qui permet de substituer aux bras à coulisses un autre mécanisme constitué par des bras tubulaires 36, où le porte-satellites 37 peut glisser longitudinalement.
Dans la fig. 22 le changement de vitesse suivant l'inven- tion, indiqué dans son ensemble par la lettre A, est montré schématiquement en accouplement avec un mécanisme différentiel B à roues tronconiques.
Le fonctionnement est comme suit:
Sur l'arbre moteur G se trouve articulée la roue dentée C et cet arbre entraîne les satellites du différentiel B.
La roue C commande au moyen de la roue dentée D le change- ment de vitesse A, qui à son tour au moyen des roues E et F
<Desc/Clms Page number 11>
commande le planétaire I du différentiel.
Lorsque le changement de vitesse se trouve dans la posi- tion suivant les figs. 2 et 3, pendant que les.satellites du différentiel, commandés par l'arbre G font un tour, le plané- taire I commandé par le changement de vitesse A, fait deux tours dans le même sens ; planétaire L, solidaire de l'arbre conduit H, reste donc immobile. On a ainsi un rapport de transmission #= O.
En commandant le changement de vitesse jusqu'à le porter dans la position indiquée par les figs. 4 et 5, pendant que les satellites accouplés avec l'arbre G font un tour, le planétaire I accomplit aussi un tour dans le même sens, rendant solidaires le planétaire L et l'arbre H. On obtient ainsi un rapport de transmission qui varie de 0 à 1.
D'après ce qui a été exposé, les caractéristiques du dis- positif suivant l'invention peuvent être ainsi résumées
Il permet de transmettre une puissance quelconque, son fonctionnement étant confié à des mécanismes à roues toujours en engagement, dont le rendement correspond à celui des trans- missions mécaniques ordinaires*
Ses dimensions d'encombrement ne sont pas supérieures, pour une puissance égale, à celles d'une boîte à vitesses ordi- naire.
Les rapports de transmission peuvent être variés par une commande unique, qui peut être rendue automatique, la variation étant,comme il a été démontré,théoriquement illimitée.
Le dispositif est de construction et d'entretien très faci- les. Il peut être appliqué à n'importe quel genre de transmisse où des variations de vitesse sont requises. Il peut par exemple être appliqué à la bicyclette, à l'automobile, à des moyens de transport navals ou aériens, à quelque type que ce soit de machines outils etc. Dans beaucoup de cas il permet d'éliminer ou de rendre superflus des mécanismes actuellement indispen- sables pour les dispositifs de changement de vitesse ordinaires,
<Desc/Clms Page number 12>
comme par exemple la friction existant dans les auto-. véhicules et les éléments des mécanismes pour la variation du pas dans les hélices des aéroplanes etc.
Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation du dispositif représentées dans les dessins et décrites ci-dessus simplement à titre d'exemple, mais d'autres formes de réalisation, avec des détails de construction aussi différents de ceux qui ont été indiqués, peuvent être facile- ment imaginées sans faire sortir l'invention de son cadre. Il est également évident que dans le dispositif suivant l'inven- tion il est indifférent que l'un ou l'autre des deux arbres accouplés pour la transmission de mouvement rotatif de la façon exposée serve d'arbre moteur ou bien d'arbre conduit.
<Desc / Clms Page number 1>
Mechanical device for the transmission of rotary motion from one shaft to another shaft with variable speed.
The present invention relates to a device for the transmission of rotary motion, in any way, from one shaft to another shaft with variable speed.
The invention is based on the principle that by admitting the possibility of maintaining a transmission of motion from one shaft to another shaft during a relative displacement of one with respect to the other, the ratio of the speeds of these two shafts gradually varies from 1 to any desired value with the displacement of the shafts from the coaxial position to a distance of the two shafts between them depending on this value, to gradually return to 1, when these shafts are brought together again until become coaxial again.
The object of the device according to the present invention is to achieve a possibility of transmission of movement between two shafts in combination with their relative displacement and this device is characterized in that
<Desc / Clms Page number 2>
functionally the two shafts, one of which is in a fixed position and the other is mounted so that it can be brought from a position coaxial with the fixed shaft in a limit position remote from it, using a system of arms articulated on the shaft which moves and which is placed in a rotary movement relation with the fixed shaft by corresponding pressure elements,
which are arranged so as to constitute the driven or conducting members of a planetary transmission or equivalent capable of preventing a reversal of the direction of action of the pressure elements during operation of the apparatus,
The invention will be clearly understood on the basis of the following description of the kinematic conditions obtained by the invention, as well as of the embodiments of the device which forms the object thereof, this description referring to the accompanying drawings, in which :
Fig. 1 is a diagram given by way of example serving to demonstrate the kinematic ratios of the device according to the invention.
Figs. 2 and 3 show schematically, respectively in front view and in side view, an exemplary embodiment of this device in the case where the system of movable arms consists of a star having only two arms at 1800 between them and that this star, articulated on one of the shafts to be coupled in motion transmission, is in a coaxial position with respect to the other shaft.
Figs. 4 and 5 represent the same device with the star moved with the shaft on which it is mounted, in a limit position with respect to the other shaft.
Figs. 6 and 7 show in front view two mechanisms by means of which one can obtain the displacement of a star mounted on the movable shaft, in a device for transmitting rotary motion from one shaft to another shaft at variable speed.
<Desc / Clms Page number 3>
Figs, 8 to 17 show variants of the details of the locking means indicated in the embodiment of the device according to Figs. 2 to 5.
Fig. 18 shows a front view of another embodiment of the device according to the invention.
Figs. 19 and 20 show in front view a third embodiment of this device, respectively in a coaxial position and in a position remote from the axes of the two shafts.
Fig. 21 shows a front view of a fourth embodiment of the device according to the invention.
Fig. 22 schematically shows an example of application of the device according to the invention.
Referring to fig. 1, i.e. 0 the axis of a shaft fixed in position, O 'the axis of a movable shaft, OA a crank articulated on the fixed shaft assumed to be the motor, O'A' one of the n control arms of the 'movable shaft set in rotation by the crank OA, with displacement of points A and A' along the arm O'A 'during the movement, S the variable distance between axes 0 and O'.
It is clear that while the crank OA traverses around 0 the angle Ó, the arm O'A 'accomplishes around O' a rotation of an angle Ó 'with a speed ratio # = Ó / Ó', which is dependent on the distance S. It is also evident that, n being the number of arms controlled by the fixed shaft, the angle by which each arm contributes to the control of the movement of the shaft having the axis O 'is Ó '360
2n This being established and indicating by R the length OA, that is to say the radius of the driving crank, we have by the tbeorem of the sines and by making the appropriate substitutions, that the two values S and # are linked between ' theoretically by the following equation:
180. 180 180 S R (cos 180 cotg 180 sin 180 n # n n
In practice, to take account of the disposition of
<Desc / Clms Page number 4>
coupling organs and the greater or lesser precision of work and assembly of the different parts of the device, it is necessary to introduce into the formula a coefficient K depending on these two factors.
The equation shown above becomes thus; ¯, 180. 180 180
EMI4.1
S = R (cos 180- cotg 180- sin ln-) K n # N n
It is this latter equation which kinematically characterizes the device according to the invention.
This device can be implemented in several ways.
In the example of figs. 2 to 5, on a shaft 1 which is sup- posed as a motor, is fixed a planetary toothed wheel 2, with which two planet wheels 3 and 3 'engage. These can turn in only one direction, and in particular from right to left, because they are prevented from turning in the opposite direction by the pawls 4 and 4 '. The satellites rotate on pivots which, extending at one of their sides outside the satellites, have a parallelepiped head, 5 and 51 respectively. The two heads 5 and 5 'are mounted so as to be able to slide in the longitudinal slides 6 and 6' of the two arms 7 and 7 ', integral with each other and directed in the opposite direction of a star which can be moved along 'an axis of the wheel 2, on which the fixed slide 8 is also arranged.
In this slide can slide a shaft 9, which is assumed to be the driven shaft, this shaft being supported by the hub of the star.
In figs. 2 and 3 the star is located with its axis on the axis of wheel 2.
In this case, if we turn wheel 2 from right to left, planet wheels 3 and 3 ', which cannot turn from left to right because of pawls 4 and 4' which prevent them from turning in this direction, are driven by the wheel 2 in its rotation and with them the star is also driven, with the consequence of a rotation of the shaft 9. Thus, while the wheel 2 traverses an angle, the star, and therefore the shaft 9, rotates through an angle Ó '= Ó, so that the ratio
<Desc / Clms Page number 5>
transmission is # = 1.
In figs. 4 and 5 on the contrary, the star is placed at the end of the axis of wheel 2.
Under these conditions, by rotating the driving wheel 2 from right to left, while the arm 7 carrying the satellite wheel 3 gradually decreases during its rotation until it has the least length when it arrives in the horizontal position. , the arm 7 'carrying the satellite wheel 3' will increase until it reaches a maximum in the horizontal position. During this movement, the satellite wheel 3 remains blocked on the wheel 2 by the pawl 4, while the satellite wheel 3 'because of its larger arm is forced to develop on the teeth of the wheel 2. The conditions movement are reversed as soon as the arms 7 and 7 'pass the vertical position and they thus remain reversed until the arm 7 comes to occupy the original position of the arm 7' and vice versa, after which the cycle repeats.
For the reversal of the two bra 7 and 7 'the star must turn by an angle al = 180, while at the same time the driving wheel 2 only turns by the angle formed by the straight lines joining its axis to the axes of the wheels. - satellites 3 and 3t in rest position, this angle a (being maintained at 90 for the extreme displacement of the star according to figs. 4 and 5. The transmission ratio is in this case: Ó 180
EMI5.1
-. # -. - #. 2 z
Naturally in the different positions of the star intermediate between that of figs. 1 and 2 and that of figs.
4 and 5 the transmission ratio will gradually vary between 1 and 2.
So far we have only considered the case of two single satellites arranged in a star with two arms.
By increasing the number of satellites, this number n varies the angle that the star must accomplish in order for a satellite to pass from the locked position on the drive wheel to the position in which it begins to develop on it.
<Desc / Clms Page number 6>
according to the ratio already indicated above:
EMI6.1
360 2n so that, if the driving wheel travels through an angle ± during this time, the transmission ratio will be
EMI6.2
oC * 360
It follows that by the device according to the invention it is theoretically possible to vary the transmission ratio from 1 to an indefinite number. Of course, when the device is being made, construction and operating reasons will establish the limits between which the variability of the transmission ratio must be maintained.
Coming now to the possible changes in the details of the device, reference is made first of all to FIG. 6, which shows a way to obtain the rotation and the translation of the star at the same time.
According to this figure, the driving wheel 1 turns the driven wheel 10, which being integral with the star 11 causes it to perform the same number of turns. Now, the driving wheel being coupled to the wheel 10 and therefore to the star 11, by means of the support rod 12, which in turn can rotate around the pivot 13 of the driving wheel 1, it is obvious that by rotating the support rod around the pivot 13 by the desired angle, the rotation and the translation of the star are obtained at the same time.
Fig. 7 schematically shows a front view of a system for obtaining the displacement by means of a collar eccentric. In this case also, if we assume that the star 11 rotates under the pressure of the pivots acting in its slides, by causing the eccentric 10 'to rotate around the pivot 13', the displacement of this star is obtained.
It is obvious that the displacements could also be obtained by numerous other means, such as for example by a sector disposed eccentrically with respect to a worm, a piston causing a suitably placed electromagnet system to act pneumatically or hydraulically, etc.
<Desc / Clms Page number 7>
Of course, the displacements can be imprinted indiscriminately on the star, on the wheel or on bodies equivalent to them.
Figs. 8 and 9 show schematically, respectively in side view and in front view, partly in section, a detail of the locking device.
In these figures, 11 represents the star with slides, on which the pivots 5 and 5 'which form part of the cage 14 in which the wheel 15 can turn act. The internal shape of this cage is such that the cage can contain in its interior a series of rollers of different diameters, arranged in a ladder. It follows from fig. 9 that if the central wheel 15 could turn from left to right, the rollers moving in the same direction in the cage 14 would allow the latter to move, while when the wheel turns from right to left, the rollers block the cage on the wheel 15, driving it in the rotation, so that the pivots 5 and 5 'fixed to the cage 14 cause the star 11 to rotate in the same direction.
Figs. 10 and 11 schematically show in side and front view, partially in section, another detail of the locking device, in which the possibility of sliding or locking the wheel 15, instead of the internal shape of the cage, depends on the eccentricity of the rollers.
Figs. 12, 13 and 14 schematically show a detail of the blocking device, respectively in side view with the possibility of sliding, in side view with blocking and in front view partially in section,
According to fig. 12, the toothed wheels 16 and 17, which have the possibility of sliding on the pivot 18, mesh with the toothed wheel 19 having arrow teeth. When the wheels 16 and 17 tend to develop on the wheel 19 in a certain direction, the lateral thrusts act on the teeth to keep them close together, thus allowing this development.
<Desc / Clms Page number 8>
On the contrary, when the rotation is in the opposite direction, the pressures also change direction, causing the wheels 16, 17 (fig. 13) to move apart, this being facilitated by the spring 20. The wheels 16 and 17 carry on their outer side a series of radial teeth, which insert themselves between corresponding fixed teeth formed in a suitable caliper 21 and 22, prevent the wheels 16 and 17 from turning, so that these wheels become integral with the wheel 19 and at by means of the pivot 18 they transmit the movement to the star 11.
Figs. 15 and 16 show schematically, respectively in side view, partially in section, and in front view, another detail of the locking device, where the slides in one direction and the locks in the opposite direction occur. are accomplished by means of the pawl 23 which, due to pressure in one direction or the other of the star 11, allows the latter to slide or else to remain blocked on the wheel 24.
Fig. 17 shows schematically in front view, partially in section, another locking detail. This blocking consists of a toothed wheel 25, which carries in its central hollow the pivot 26 formed so as to allow the insertion of the rollers 27. These rollers, when the wheel turns from right to left, make it integral. of the pivot 26, while the wheel remains free when it turns from left to right, As for the rest, the operation is accomplished as in the cases described so far
From what has been explained above it follows that it is possible to imagine many mechanical coupling systems permitting sliding in one direction and locking in the other.
On the other hand, in addition to the mechanical systems, it is possible to adopt pneumatic, hydraulic or electrical systems, as well as any possible combination of these systems between them.
Fig. 18 shows a device which makes it possible to replace the star with toothed wheels still in engagement. Indeed, the wheels 28 and 28 'coupled together by the rod 29, carrying at its ends fixed pivots on which these wheels
<Desc / Clms Page number 9>
can rotate, are coupled to the wheel with internal teeth 30 by means of the wheels 31 and 31 '. The coupling between the wheels 28, -31 28', 31 'is obtained by means of the levers 32 and 32' which, although keeping them at the desired distance, allow the wheels 31 and 31 'to move at a certain angle, depending on the spacing of the axles, like satellites around the wheels 28 and 28'. In this way, while moving the wheel relative to the wheels 28 and 28 ', the coupling is held steadily.
The blockings can be carried out indif ferently on wheels 28 to 31; on the other hand, the device can be formed with the toothed wheel 30 disposed inside the wheels 28,28'- 31,31 ”.
Devices of this kind can be extended to devices with any number of arms.
Figs. 19 and 20 show an embodiment of the device, in which the pivots 5 ", hitherto considered movable and rotating like satellites around the wheel, are in this case fixed thereon, which because of this may have any shape, in the present case it is constituted by the plate 33.
But in any case the mechanism replacing the wheel must keep the pivots always at an equal distance from the center and from each other. The star, hitherto considered to have arms rigidly linked together, is now represented by spokes 34 independent of each other and thus forming a series of sliding cranks, which can turn. with different angular velocities one to another.
The blockages hitherto considered as applied to the pivots now work directly on the shaft 9 '.
For ease of representation, a roller lock was chosen in this case. Obviously, the locks can be applied externally, with the cranks 34 turned back to the center.
The operation takes place as follows:
In fig. 19 plate 33, with the tree in the center
<Desc / Clms Page number 10>
motor, is coaxial with the driven shaft 9 '. It is obvious that when the plate 33 turns by an angle 2Ó = 30, the 5 "pivots integral with it also turn 90. The same goes for the cranks, which will turn from right to left and by the effect of the blockings 35 which make them integral with the driven shaft 9 ', will make this shaft go through the same angle 2 Ó'. ni * The transmission ratio will be Ó '/ Ó.
In fig. 20, the axis of the shaft 9 'is remote from that of the motor shaft. In this case, while the plate and the pivots traverse the angle 2 Ó = 90, the cranks will traverse more or less large angles according to their position.
Taking into consideration the crank 34, it will occupy the position of the crank 34 'traversing the angle 2 Ó' and, the rotation taking place from right to left, the shaft 9 'made integral by the blockings 35 to the connecting rod 34, will travel the same angle 2 ', while the cranks 34', 34 "and 34" 'will obviously travel smaller angles and therefore they will have a lower speed compared to the shaft 9', hence their possibility slip. It is obvious that the crank 34 "'will occupy the place of the crank 34 and it will thus give the successive impulse to the shaft 9', etc. The transmission ratio will be Ó '/ Ó where we have Ó' = 360 / 2n.
Ó 2n
Fig. 21 shows a front view, partially in section, a device which makes it possible to replace the sliding arms by another mechanism consisting of tubular arms 36, where the planet carrier 37 can slide longitudinally.
In fig. 22 the speed change according to the invention, indicated as a whole by the letter A, is shown schematically in connection with a differential mechanism B with frustoconical wheels.
The operation is as follows:
The toothed wheel C is articulated on the motor shaft G and this shaft drives the planet wheels of the differential B.
The wheel C controls by means of the toothed wheel D the change of speed A, which in turn by means of the wheels E and F
<Desc / Clms Page number 11>
controls the sun gear I of the differential.
When the gear change is in the position as shown in figs. 2 and 3, while the differential satellites, controlled by the shaft G, make one revolution, the planetary I, controlled by the gear change A, makes two revolutions in the same direction; planetary L, integral with the driven shaft H, therefore remains stationary. We thus have a transmission ratio # = O.
By controlling the gear change until it is brought to the position shown in figs. 4 and 5, while the planet wheels coupled with the shaft G make one revolution, the sun gear I also performs a revolution in the same direction, making the sun gear L and the shaft H integral. This gives a variable transmission ratio. from 0 to 1.
From what has been explained, the characteristics of the device according to the invention can thus be summarized.
It can transmit any power, its operation being entrusted to wheel mechanisms always engaged, the efficiency of which corresponds to that of ordinary mechanical transmissions *
Its overall dimensions are not greater, for equal power, than those of an ordinary gearbox.
The transmission ratios can be varied by a single command, which can be made automatic, the variation being, as has been demonstrated, theoretically unlimited.
The device is very easy to build and maintain. It can be applied to any kind of transmissions where speed variations are required. It can for example be applied to the bicycle, to the automobile, to naval or air transport means, to any type of machine tools etc. In many cases it makes it possible to eliminate or make superfluous mechanisms currently essential for ordinary gear changing devices,
<Desc / Clms Page number 12>
as for example the friction existing in the auto-. vehicles and elements of mechanisms for the variation of the pitch in the propellers of airplanes etc.
Of course, the invention is not limited to the embodiments of the device shown in the drawings and described above merely by way of example, but other embodiments, with construction details also different from those which have been indicated, can be easily imagined without taking the invention out of its scope. It is also evident that in the device according to the invention it is irrelevant whether one or the other of the two shafts coupled for the transmission of rotary motion in the manner explained serves as a driving shaft or else as a driven shaft. .