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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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-.#-. --#. 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
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suivant le rapport déjà indiqué ci-dessus :
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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,
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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.