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CONVERTISSEUR DE COUPLE A FONCTIONNEMENT PROGRESSIF REALISE PAR DES
MOYENS MECANIQUES.
L'invention concerne un convertisseur de couple à fonctionnement progressif réalisé par des moyens mécaniques, où des forces d'inertie de masses sont engendrées par l'entraînement -qui peut être assuré par n'importe quel moteur- de poids ou masses montées à rotation excentrique (ci-après dénommées s masses excentriques),les impulsions ainsi produites étant transmises à un arbre récepteur ou menéo
Dans les mécanismes de changement de vitesse ou variateurs connus de ce type.,, des encliquetages verrouillables, agissant comme roues libres, servent uniquement à transmettre des couples positifs à l'arbre me- néo Un encliquetage est prévu pour chaque sens de rotation., le verrouillage et la libération de l'arbre à entraîner étant assurés à l'aide de galets ou de billes,
agissant conjointement avec des bagues à cames. En raison des vitesses de rotation élevées des moteurs modernes, à combustion interne par exemple, le fait que la transmission d'énergie intervient par saccades conduit à des contraintes permanentes élevées dans ces encliquetages qui provoquent une destruction rapide des "roues libres", ce qui a empêché, notamment dans l'industrie automobile., une application étendue de ces convertisseurs de couple mécaniques connuso
En particulier, les variateurs de vitesse connus de ce genre sont le siège de couples qui oscillent entre des valeurs positives et négatives, et donc d'efforts de torsion difficiles à contrôler, cela parce qu'il est fait usage de masses d'un poids relativement élevé, tirées ou poussées par des leviers de commande.
Tout cela provoque une marche irrégulière du variateur, ce qui est évidemment préjudiciable au rendement, ain-
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si qu'à la longévité de tous les organes en mouvement.
L'invention vise à éliminer les couples oscillant entre des va- leurs positives et négatives dans un tel variateur à fonctionnement progres- sif obtenu par des moyens mécaniques et, tout en prévoyant une transmission par échelons du couple de commande à l'arbre mené, à établir le système de roue libre requis de telle façon qu'il fonctionne d'une manière douce, exempte de pertes et qu'il soit d'une longévité pratiquement illimitée.
L'invention prévoit un conve rtisseur de couple mécanique où les forces d'inertie sont engendrées par des masses ou poids excentriques, en utilisant un arbre primaire formant arbre moteur et un arbre intermédiaire faisant partie de l'ensemble mené ou récepteur et muni d'un système de roue libre, les masses étant montées sur ce dernier arbre et étant entraînées avec une vitesse angulaire uniforme par l'arbre primaire.
Le système de roue libre selon l'invention est constitué par une bande qui forme plusieurs spires autour de l'arbre intermédiaire et dont une extrémité peut être réunie à un point fixe, l'autre extrémité étant mobile. L'avantage de cette roue libre réside en ce que -contrairement aux encliquetages verrouillables fonctionnant avec des billes ou des rouleaux- la transmission de l'effort s'opère par friction et se répartit sur une gran- de surface entre l'arbre intermédiaire et l'hélice, de sorte qu'il ne se produit que de faibles pressions spécifiques.
Toujours selon l'invention, la vitesse de rotation des masses montées sur l'arbre intermédiaire est multipliée ou démultipliée, selon la nature du moteur, par rapport à celle de l'arbre primaireo Le variateur peut ainsi s'adapter à tout espèce de moteur. Ainsi,avec une turbine par exemple, on utilisera des masses importantes, donc à rotation lente., assu- rant ainsi la protection des arbres et des paliers contre une usure préma- turée, alors que, dans l'application aux véhicules automobiles par exemple, on adoptera, ne fut-ce que pour économiser du poids, des masses réduites au possible, ce qui présente en outre l'avantage d'accroître les possibili- tés de multiplicationo L'entrainment des masses de l'arbre intermédiaire peut se fai- re par des pignons,
des chaînes ou des bielleso La commande par engrenage, à l'aide d'un pignon cylindrique par exemple, offre l'avantage d'une con- struction simple et économique. Lorsque, dans ce cas, chaque masse est commandée par un pignon intercalaire spécial, on peut réaliser un rapport de transmission de 1: 1.
La commande par chaînes offre l'avantage que l'arbre intermédiaire porte uniquement les pignons à chaine, de sorte que le moment d'inertie des masses demeure réduit et que l'on peut établir de nombreux rapports de transmissiono Lorsqu'il s'agit d'obtenir des forces d'inertie de l'arbre intermédiaire particulièrement réduites et faibles et de réaliser une construction simple, le variateur selon l'invention offre la possibili- té d'utiliser des bielles pour la commande des poids excentriques montés sur l'arbre intermédiaire.,
Comme le couple fourni par le convertisseur dépend, entre autres, du moment d'inertie de l'arbre intermédiaire, ce dernier présente, selon l'invention, des bras creux calés sur cet arbre, destinés à supporter les masses et capables d'absorber des efforts de torsion importants,
le poids de qès bras demeurant cependant réduit, ce qui est essentiel pour une mar- che tranquille et un fonctionnement parfait du variateur.
Selon une caractéristique de l'invention, l'extrémité mobile de la bande en hélice du système de roue libre est soumise à une tension préalable. Cette pré-tension peut être assurée par exemple à l'aide d'un , ressort agissant dans le sens approximativement tangentiel au pourtour de l'arbre intermédiaire. On obtient ainsi que, lorsque cet arbre tend à tourner dans le sens des spires de l'hélice qui se dirigent vers l'extrémi-
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té pré-tendue, il est immobilisé par friction par l'hélice qui se resserre, tandis que, pour le sens de rotation opposé, l'hélice se desserre, libérant ainsi l'arbre.
L'emploi d'un enroulement hélicoïdal comme "roue libre" offre en outre l'avantage que l'interversion des extrémités des hélices -c'est à dire l'immobilisation de l'extrémité jusqu'alors pré-tendue et dégagement de l'extrémité jusqu'alors immobilisée permet de renverser le sens de rota- tion.
Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que la section des spires individuelles successives croit suivant une courbe expo- nentielle., Ainsi, les premières spires, qui ne doivent transmettre qu'un faible effort, peuvent être très minces, et il suffit d'une légère pré-ten- sion pour bloquer l'arbre intermédiaire. Grâce à la légère pré-tension, les pertes par frottement, dues à la pression de serrage, sont aussi extrê- mement faibles. Ceci provient du fait que, la pré-tension étant peu éle- vée, il existe un petit jeu entre les spires à grande section de l'hélice et l'arbre intermédiaire, de sorte que, lorsque ce dernier tourne,seules les premières spires viennent s'y appliquer.
Pour immobiliser l'arbre in- termédiaire, il suffit que les premières spires enserrent étroitement l'ar- bre, les spires le plus éloignées venant s'appliquer successivement contre celui-ci.
Afin d'éviter des efforts inutilement élevés dans les paliers, l'invention prévoit le montage, sur l'arbre intermédiaire, de deux hélices identiques enroulées l'une dans l'autre, de sorte que leurs spires se suc- cèdent alternativement côte à côte à la manière d'une vis à double filet, les extrémités des hélices étant décalées de 180 l'une par rapport à l'au- tre.
Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que deux hélices sont disposées l'une derrière l'autre sur l'arbre intermédiai- re de telle façon que la section de leurs spires va croissant en sens op- posés. Dans ce cas, pour renverser la rotation, il suffit de faire cesser la pré-tension pour une hélice et de pré-tendre l'autre. D'autre part, la fixation de l'hélice au carter ne doit pas être nécessairement amovible ; peut être établie pour être aisément réversible pour la marche avant et ar- rière par exemple, ce qui est requis dans les véhicules automobiles.
Pour éliminer la pré-tension et écarter les spires uniformément de l'arbre, l'invention prévoit, pour la face extérieure des spires, en plusieurs points de leur pourtour, un élément d'appui pouvant se déplacer angulairement à l'encontre du sens d'enroulement des spires. Avantageusement, cet élément d'appui consiste en une jupe en forme de cloche montée à rotation relative sur l'arbre intermédiaire et à laquelle est fixé un ressort qui produit la pré-tension de l'hélice. La jupe sert à neutraliser l'effet des moments de flexion, en particulier sur les premières spires, de faible section, de façon que celles-ci conservent également une forme circulaire, ce qui assure un certain jeu, donc une absence de friction, sur tout le pourtour de l'arbre.
Selon l'invention, l'hélice est formée par un tube fendu suivant une ligne hélicoïdale. Ceci simplifie avantageusement l'exécution de l'hé- lice, car le tube prévu à cette fin peut être doté d'un diamètre intérieur légèrement supérieur à celui de l'arbre intermédiaire, la nappe latérale de ce tube pouvant être établie suivant une courbe qui assure aux différentes spires les sections les plus favorables, résultant des calculs. L'hélice ne soit pas être nécessairement établie en un métal dur pour ressorts.
Selon l'invention, les hélices sont logées dans une chambre étanche vis-àvis des entrées d'huile pour paliers. Ceci est nécessaire pour conserver un coefficient de frottement suffisamment élevé entre l'arbre et l'hélice.
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Pour assurer la liaison élastique susmentionnée entre l'arbre intermédiaire et le système récepteur, une variante de l'invention consiste à prévoir un ressort de torsion dont la section varie uniformément dans le sens de la longueur, ce qui fournit une caractéristique élastique très pro- gressiveo Les appuis d'application pour ce ressort consistent en une ou plusieurs nervures prévues dans l'arbre intermédiaire de telle manière que, lorsque le ressort travaille à la torsion, sa partie mince s'applique en premier lieu contre la nervure., tandis que, sous l'effet de l'élévation du couple, les tronçons suivants du ressort interviennent à leur tour. Ainsi, le même ressort peut servir pour les deux sens de rotation.
Pour réduire la longueur du système à ressort de torsion, l'invention prévoit la décomposition de celui-ci en plusieurs lames de ressort juxtaposéeso Lorsque celles, ci sont séparées par des faibles intervalles, on évite des pertes par friction dans le ressort et l'on réalise, en dépit de la faible longueur totale, une caractéristique élastique capable de répondre à toutes les exigences.
Dans certaines constructions,l'arbre intermédiaire devra avoir un si petit diamètre qu'il sera impossible d'y loger un ressort de torsion. Pour les cas de cette espèce.,, l'invention prévoit l'emploi d'un ressort hélicoïdal dont les spires ont des sections différentes., ce qui donne une courbe élastique très progressive,vu que les spires de faible section s'appliquent les premières contre l'arbre intermédiaire,suivies des spires de forte section. Ici également, une jupe d'arc-boutement peut exercer une action favorable, comme il a été décrit à propos des hélices.
Dans l'application de l'invention à la construction automobile, on prévoit que les hélices seront commandées par un levier de manoeuvre monté de préférence à proximité du volant de direction et qui, en pivotant dans un plan, commande alternativement les deux hélices, tandis qu'il commande les deux hélices sumultanément lorsqu'il pivote dans un plan perpendiculaire au premiero Gette disposition offre l'avantage que le véhicule peut être bloqué dans les deux sens de marche et être ainsi garanti contre une descente inopportune en pente.
On prévoit un verrouillage de la position du levier dans laquelle les deux hélices coopèrent avec l'arbre intermédiaire, afin que des accidents ne puissent se produire à la suite du blocage des roueso
Un exemple d'exécution de l'invention est représenté à titre de démonstration dans les dessins annexés, où :
La figure 1 est une vue en plan., partie en coupe.,, du convertisseur de couple et des groupes récepteurs ou menéso
La figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une coupe partielle d'un détail selon la ligne III-III de la figure 20
La figure 4 est une coupe semblable à la figure 3, mais avec une varianteo
La figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 1.
La figure 6 est une coupe analogue à la figure 5 mais avec une variante.
La figure 7 est également une coupe suivant la ligne V-V de la figure 1, avec une autre variante.
La figure 8 est une vue partielle d'un détail du convertisseur, partie en coupe, avec une variante.
Dans l'exécution selon les figures 1,2 et 5, un moteur de commande est relié par un pignon moteur 2, une chaîne 3 et un pignon 4 à un arbre primaire ou principal 5. Ce dernier est monté dans la paroi 6 d'un carter 7 et porte un volant 8, faisant corps avec une denture interne 90 Dans le carter 7 est monté un arbre intermédiaire creux 12, régnant dans la partie 7a de ce carter et isolé d'une manière étanche à l'huile d'avec
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les chambres voisines au moyen de bagues de garniture 10 et llo L'arbre 12 présente, à une extrémité, deux bras creux 13 et 14. Sur un pivot 15 du bras 13 est monté un pignon 16, faisant corps avec un poids 17, disposé ex- centriquement par rapport au pivot 15.
Le bras 14 porte un pivot 18 et un poids 20, symétriques au pivot 15 et au poids 180 Les dentures respectives
21 et 22 des pignons 16 et 19 sont constamment en prise avec la denture in- térieure du volant 8. L'autre extrémité de l'arbre intermédiaire 12 abou- tit à un arbre secondaire ou mené 23 disposé dans un carter de différentiel
24 et commandant, au moyen de pignons coniques non montrés, les arbres de différentiel 25 et 26 allant aux roues du véhiculeo
L'arbre intermédiaire 12 est entouré de deux bandes enroulées en hélice 27,28.
Les contours extérieurs de ces hélices dessinent un sa- blier, c'est-à-dire la section de leurs spires va en diminuant vers le mi- lieu de l'arbre intermédiaireo Une extrémité de l'hélice 27 est fixée au carter 7 en 29 son autre extrémité 30 étant attachée par un ressort de traction 31 à un flasque 32 solidaire d'une jupe 33 en forme de cloche.
De même,, une extrémité de l'hélice 28 est fixée en 34 au carter
7, l'autre extrémité 30a étant attachée par un ressort de traction 35 à un flasque 36 d'une jupe 37 en forme de cloche. Un levier de commande 38, qui attaque les deux flasques 32 et 36 des jupes 33 et 37, est relié par une timonerie non représentée qui suit la ligne 39, à un levier de changement de vitesse 40 pouvant être fixé à la colonne de direction d'une automobile, par exemple, et capable d'occuper les positions 41,42,43 par déplacement suivant un sens et une position 44,
par déplacement suivant un sens perpendiculaire au premiero
L'arbre intermédiaire 12 est relié élastiquement à l'arbre mené 23 par une barre élastique 45 travaillant à la torsion et dont la section est plus grande du côté du volant 8 que du côté de l'arbre mené 230 L'arbre intermédiaire 12 présente intérieurement des nervures de contact 46 et 47 qui forment des appuis pour la barre élastique 45.
La figure 3 est une coupe par l'arbre intermédiaire 12 dans le plan III-III de la figure 1, montrant la barre élastique plate 45 et ses nervures d'appui 46,47.
La figure 4 montre à titre de variante la barre élastique 45 décomposée en trois barres plates 45a, 45b et 45c, pour lesquelles sont prévues des nervures d'appui 46a et 47a, présentant des gradins correspondantso
La figure 6 montre une autre disposition pour la commande des poids,, suivant la coupe V-V de la figure 1. Ici, les masses 17 et 20 sont montées à rotation, à l'aide de bras 48 et 49, sur des pivots 50 et 51 solidaires d'un flasque 52 fixé rigidement à l'arbre intermédiaire 120
La commande des bras 48 et 49, et donc des masses 17 et 20 est assurée par une barre d'accouplement 53 montée sur un pivot d'entraînement 54, monté lui-même sur un flasque - manivelle 55 calé sur l'arbre primaire 5.
Lorsque le flasque-manivelle 55 tourne,, les masses 17 et 20 sont entrainées dans le même sens à l'aide de la bielle d'accouplement 23 comme montré dans la figure 50
La figure 7 montre une autre variante de la commande des masseso Ici, l'arbre primaire 5 porte un pignon d'attaque à chaîne 56, tandis qu'une chaîne 57, entraînée par ce pignon entraîne à son tour en rotation les pignons 58 et 59a dont les pivots 60 et 61 sont montés sur un support 62 formant flasque et monté rigidement sur l'arbre intermédiaire 12.
Les bras 48a et 49a portent les poids 17 et 200
La figure 8 montre une autre variante de la liaison élastique entre l'arbre intermédiaire 12 et l'arbre secondaire 230 Sur ce dernier est calé un flasque 63 qui maintient fermement, à l'aide d'une cheville fixe
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64, un ressort hélicoïdal 65 enroulé autour de l'arbre intermédiaire 12.
La section des spires du ressort 65 va en diminuant constamment,, la dernière spire étant assujettie fermement à l'arbre 12 par une cheville fixe 660 L'entraînement élastique de l'arbre secondaire 23 est assuré ici par le ' fait que, pendant la rotation saccadée de l'arbre intermédiaire 12, le ressort s'enroule plus étroitement, et se desserre légèrement lorsque ce dernier tourne plus lentement que l'arbre mené 23, de sorte que celui-ci tourne toujours-à une vitesse uniforme.,, une jupe en forme de cloche agissant de façon que l'effet soit inverse lorsque le sens de rotation changeo
Le changement de vitesse fonctionne comme suit
Le moteur 1 entraîne par son pignon à chaîne 2 et la chaîne 3 un pignon 4 fixé sur l'arbre meneur ou primaire 5.
Afin de transmettre un couple à l'arbre secondaire ou mené 23, le pignon 9 entraîne les pignons 16 et 19, produisant ainsi la rotation des masses 17 et 20.
Aussi longtemps que l'arbre meneur 5 tourne, alors que l'arbre intermédiaire 12 portant les pignons 16 et 19 est arrêtée les masses tournantes 17 et 20a montées d'une manière excentrique,, produisent,, sous l'effet des forces centrifuges qu'elles engendrent, des couples dans les deux sens de rotation., ces forces centrifuges, qui agissent concentriquement à l'axe.. se neutralisant mutuellemento Les pignons satellites 16 et 19, qui portent excentriquement les masses 17 et 20, tournent plus rapidement que le pignon planétaire 9 qui les entraîne et qui est solidaire de l'arbre 5. Grâce au rapport de transmission entre le pignon 9 et les pignons 16 et 19, on obtient que le couple fourni à l'arbre intermédiaire 12, lorsque celui-ci est arrêtée est notablement plus important que lorsque ce dernier arbre et l'arbre meneur 5 tournent à la même vitesse.
Dans ce cas, les pignons 16 et 19 sont immobilisés par rapport au pignon planétaire 9, position dans laquelle les masses centrifuges agissent comme un accouplement rigideo Lorsque le convertisseur est destiné à un véhicule automobile, le couple transmis aux roues lors de la mise en marche doit être plus important que pendant la marche à grande vitesse en prise directeoù l'arbre intermédiaire 12 et l'arbre meneur 5 sont réunis comme par un accouplement rigideo Le rapport des vitesses est obtenu par le fait que les masses 17 et 20 qui tournent plus rapidement que l'arbre meneur 5, communiquent à l'arbre intermédiaire un couple plus important que dans la position de prise directe 1 1, où les masses centrifuges (17,20) tournent autour de l'arbre primaire 5 à une vitesse qui n'est qu'une fraction de la vitesse angulaire,
avec laquelle elles tournent autour de leurs propres axes lorsque l'arbre intermédiaire 12 est arrêtée
Etant donné la différence des diamètres des pignons à chaîne 2 et 4, il existe entre le moteur 1 et l'arbre 5 une démultiplication, afin d'éviter une vitesse de rotation excessive des-masses excentriques 17 et 20. Le volant 8 sert d'accumulateur d'énergie, étant donné que la puissance est reçue par l'arbre mené 23 d'une manière discontinue. Le nombre d'impulsions de force prélevées correspond à la vitesse de démarrage des masses excentriques.
Les deux hélices 27 et 28, disposées sur l'arbre intermédiaire 12, agissent comme "roue libre" et peuvent bloquer chacune un sens de rotation de cet arbre. Un couple produit par les masses 17 et 20 à l'encontre du sens de rotation sera par exemple absorbé par l'hélice 28 et transmis au carter 7. La roue libre sert donc à absorber les couples s'exerçant dans le sens de la marche arrièrecependant que l'arbre intermédiaire 12 est immobileo Les couples transmis à l'arbre intermédiaire 12 s'inversent à nouveau, en considérant la rotation des masses excentriques 17,20.
L'hélice (roue libre) libère l'arbre qui, compte tenu du couple prélevé, effectue seulement une rotation limitée en avant, jusqu'à ce que le couple de l'émetteur d'impulsions s'inverse à nouveauo L'hélice 28 est disposée de telle façon que ses spires soient orientées dans le sens de la rotation
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correspondant aux couples agissant en arriérée L'extrémité 30 de l'hélice
28 est soumise à une tension préalable de la part d'un ressort 35, qui dé- termine un effort de friction entre l'arbre et l'extrémité de l'héliceo
Cette friction va croissant d'une spire à l'autre et augmente comme une fonction exponentielle du nombre de spires de l'héliceo Par conséquente une faible tension préalable permet de transmettre des couples importants.
Lorsque l'hélice 28, agissant comme roue libres entre en prises les spires en contact avec l'arbre intermédiaire sont en premier lieu entraînées par celui-ci par frictiono L'hélice se resserre., les spires étant attirées vers l'arbre l'une après l'autre. La pression d'application sur l'arbre intermédiaire augmente de spire en spireo La roue libre 'accroche" d'une manière dure ou douéesuivant le jeu qui existe entre l'hélice et l'arbre intermédiaire. Par exemple.;, l'hélice 28 sert à la marche avant et l'héli- ce 27 à la marche arriérée Par conséquente une hélice à la fois seulement fonctionne comme roue libreo L'hélice 27 peut être rendue inopérante par la jupe 33, que l'on fait tourner à l'encontre des spires de cette hélice.
Etant donné que l'extrémité 30 traverse la paroi de la jupe 33, elle est entraînée lors de la rotation de cette dernières et l'hélice se dérouleo
Lors du déroulement de l'hélice,!) il se produit des moments de flexion qui ne se répartissent pas uniformément dans les spireso Afin d'assurer la forme circulaires la jupe 33 est formée de telle façon que, lors du déroulement de l'hélice 27, les spires s'appliquent contre la paroi interne de cette jupes de sorte que cette hélice est rendue inopérante avec certitudeo Au contraire, pour la marche arrières l'hélice 28 est appliquée à contact contre la jupe 37 par une rotation de celle-ci,
\! et est ainsi rendue opéranteo
La transmission des couples est assurée par le ressort 45 travaillant à la torsion et dont la section va croissant à la manière d'un coin depuis le point d'encastrement dans l'arbre 23 jusqu'au point d'encastrement dans l'arbre intermédiaire 12. Lorsque ce ressort est déplacé angulairement, il s'applique progressivement, avec une pression croissantes en commençant par ses parties à faible sections contre des butées 46 en forme de nervures, prévue à l'intérieur de l'arbre intermédiaires de sorte que l'on obtient une action élastique très progressive.
L'angle de rotation fourni par le ressort 45 est de 180 degrés divisés par le rapport de transmission qui existe,, dans l'émetteur de couples, entre le pignon à denture intérieure 9 et les pignons de commande pour les masses 17 et 18, montées excentriquemento Dans le présent exemples ce rapport de transmission est très élevés de 1:4 environo Le ressort 45 doit donc pouvoir subir une torsion de 45 degréso
Les butées 47 prévues dans l'arbre intermédiaire 12 servent à l'application du ressort 45 lorsque cet arbre tourne en sens opposéo
REVENDICATIONS.