FR2479937A1

FR2479937A1 - Dispositif de transmission a variation continue du rapport de vitesse pour bicyclette

Info

Publication number: FR2479937A1
Application number: FR8007549A
Authority: FR
Inventors: Akira Korosue
Original assignee: NANKAI TEKKO CO Ltd
Current assignee: NANKAI TEKKO CO Ltd
Priority date: 1980-04-03
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1981-10-09
Also published as: FR2479937B1

Abstract

DISPOSITIF DE TRANSMISSION DONT LE RAPPORT DES VITESSES DE ROTATION D'UNE ROUE PAR RAPPORT A CELLES D'UN PIGNON A CHAINE DE COMMANDE 1 PEUT ETRE MODIFIE PAR VARIATION DE L'ANGLE D'OSCILLATION DE BRAS PORTE-CLIQUET 5 DISPOSES RADIALEMENT A LA PERIPHERIE D'UN DISQUE FIXE A UN MOYEU 2 DE CE PIGNON. LE BRAS PORTE-CLIQUET 5 EST COMBINE AVEC UN BRAS DE MANIVELLE 4 QUI PEUT PIVOTER SUR LEDIT PIGNON A CHAINE 1, PLUSIEURS DE CES MANIVELLES ETANT REGULIEREMENT REPARTIES SUR UN CERCLE COAXIAL AU PIGNON ET UNE EXTREMITE DE CHAQUE BRAS DE MANIVELLE 4 ETANT CONFORMEE EN BOUTON DE GUIDAGE 6 QUI EST LOGE DANS UNE GORGE ANNULAIRE 8 REALISEE COAXIALEMENT DANS UN CHEMIN DE ROULEMENT INTERNE ROTATIF 8 DONT L'EXCENTRICITE PAR RAPPORT A LA ROUE PEUT ETRE MODIFIEE. APPLICATION AUX CHANGEMENTS DE VITESSE POUR BICYCLETTE.

Description

L'invention se rapporte à un dispositif de transmission à variation continue de vitesse pour bicyclette.

I1 est souhaitable de disposer d'un dispositif de transmission perfectionné à variation continue de vitesse pour bicyclette et différents genres de dispositifs de trans mission de ce type ont été suggérés.

Le brevet japonais nO 4016/1960 décrit un dispositif de transmission pour bicyclette dans lequel plusieurs bras porte-cliquet sont disposés autour d'un disque fixé à un pignon à chaîne et la vitesse d'une couronne interne à rochet qui tourne à la même vitesse que la roue de la bicyclette est multipliée par variation de l'angle dloscillation du bras porte-cliquet ; en d'autres termes, la vitesse de rotation de la roue par rapport à celle du pignon à chaîne est modifiée en continu par addition de composantes positives de vitesse à la vitesse de rotation du bras portecliquet.Dans la disposition de ce brevet, quelques bras porte-cliquet peuvent pivoter sur un disque fixe à un arbre du pignon à chaîne et un galet monté à chaque extrémité du bras porte-cliquet est logé dans un anneau qui peut être déplacé perpendiculairement à l'arbre par une force extérieure de manière qu'un cliquet placé au sommet du bras correspondant soit amené à osciller par la gorge annulaire et à tourner lorsque l'anneau est écarté de sa position normale.

L'amplitude de l'oscillation du bras étant proportionnelle au déplacement de l'anneau, la vitesse de rotation du pignon à chaîne est multipliée en continu et transmise à la roue.

Le dispositif de transmission selon ce brevet est d'un mode de réalisation relativement simple et il est léger.

Toutefois, les galets sont sous charge lors de leur déplacement et ils subissent une contrainte particulièrement forte lors du changement de vitesse. En conséquence, le galet frotte contre la gorge en raccourcissant la vie utile du dispositif et en abaissant le rendement mécanique. De plus, il n'est pas possible de placer de nombreux bras portecliquet dans le dispositif de transmission, de sorte qu'un mouvement saccadé se produit à chaque fois que les bras transmettent la force à la couronne interne à rochet. Ce mouvement saccadé est désagréable et impose des chocs néfastes au dispositif.

Les inconvénients décrits ci-dessus ont pour conséquence que le dispositif de transmission du brevet japonais cité ci-dessus n'a pas été mis en oeuvre en pratique bien qu'il ait été publié il y a environ 20 ans.

De nombreuses autres inventions se rapportant à des dispositifs de transmission à variation continue de vitesse pour bicyclette n'ont pas eu non plus de succès en pratique. Ce fait montre qu'il est très difficile de mettre au point un dispositif de transmission perfectionné pour bicyclette, bien qu'il semble que ce soit facile. Les raisons de cette difficulté sont que le dispositif de transmission doit être léger, d'un mode de réalisation simple, car il est destiné à une bicyclette, et qu'il doit avoir une vie utile suffisamment longue pour des utilisations courantes.

L'invention a pour objet un dispositif de transmission perfectionné à variation continue de vitesse pour bicyclette, dont la vie utile est suffisante et qui opère en douceur dans son utilisation courante.

L'invention a donc pour objet un dispositif de transmission pour bicyclette qui est capable de faire varier en continu la vitesse de rotation d'une roue par rapport à celle d'un pignon à chaine de commande par variation de l'angle d'oscillation de bras porte-cliquet qui sont disposés radialement à la périphérie d'un disque fixé à un arbre de ce pignon à chaîne ; selon une particularité essentielle de l'invention, chacun de ces bras porte-cliquet estsoli- daire d'un bras de manivelle et ces bras porte-cliquet ne peuvent pivoter par rapport audit pignon à chaine qu'en des emplacements répartis régulièrement sur un cercle coaxial1 et une extrémité dudit bras de manivelle constitue un bouton de guidage qui est logé dans une gorge annulaire réalisée coaxialement dans un chemin de roulement dont l'excentricité peut être modifiée.

Conformément à l'invention, le chemin de roulement tourne approximativement a la même vitesse que le pignon à chaîne, même lorsqu'il est excentré. En conséquence, il n'est pas susceptible de provoquer un frottement excessif entre la surface interne de la gorge et le bouton de guidage (ou une douille placée sur ce bouton)1 et la largeur du dispositif peut être réduite, car le pignon à chaîne lui-meme est utilisé en support du mouvement oscillant du bras. Par ailleurs, un facteur important est le fait qu'il est possible de placer plus de huit bras porte-cliquet autour du disque. I1 s'agit d'un point important du dispositif de l'invention, car il garantit que la transmission de la force s e ef- fectue en douceur pendant le changement de vitesse.Selon des essais effectués, même un dispositif de transmission à six bras porte-cliquet opère très régulièrement sans mouvement saccadé. Le fonctionnement doit donc être encore plus doux lorsque plus de huit bras sont utilisés. Des essais sur 1000 km ont montré que le dispositif de transmission a une vie utile suffisante. Par ailleurs, le principe de l'invention est facilement applicable à un mécanisme de transmission automatique qui effectue le changement automatique de vitesse en fonction de la route ou des conditions du voyage.

I1 est donc possible de voyager confortablement sans qu'il soit nécessaire de faire passer les vitesses.

L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels
- le figure 1 est une coupe axiale de la partie principale du dispositif de transmission selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un élément à manivelle
- la figure 3 est une vue en plan qui représente la structure de montage d'un cliquet sur un bras correspondant
- les figures 4 et 5 sont des coupes axiales partielles d'un dispositif de transmission dans lequel un engrenage à planétaire est ajouté du dispositif représenté sur la figure 1
- la figure 6 est une coupe axiale d'une variante de réalisation du dispositif de la figure 1
- les figures 7A et 7B sont des schémas illustrant l'opération de changement de vitesse du dispositif de transmission
- la figure 8 est un schéma illustrant le mode de fonctionnement du dispositif de transmission
- la figure 9 est une élévation du dispositif vu de la droite de la figure 1
- la figure 10 est une vue en plan du chemin de roulement intérieur
- la figure llAest une coupe axiale partielle dtune autre variante de réalisation de l'invention
- la figure lîB est une élévation de la droite de la figure 11A ;
- la figure 12 est une vue explosée d'un élément à manivelle selon l'invention ; et
- la figure 13 est une-vue en perspective d'un pignon à chaîne et d'un élément à manivelle.

La figure 1 représente en coupe axiale un mode de réalisation de l'invention. Une force de commande provenant d'une pédale (non représentée) est transmise par une chaîne 17 à un pignon 1 et à un moyeu 2 fixé à ce dernier. Le moyeu 2 comprend huit trous 2' également répartis sur un cercle coaxial. Un arbre de manivelle 3 est monté dans chacun des trous 2' dans lequel il est mobile. Comme le montre la figure 2, un bras 5 fixé à une extrémité de chaque arbre 3 supporte au sommet un cliquet mobile 5' et un bras de manivelle 4 fixé à l'autre extrémité de chaque bras 3 comporte au sommet un bouton de guidage 6, le bras porte-cliquet 5 et le bras de manivelle 4 inscrivant entre eux un angle droit dans des plans parallèles. Le bras porte-cliquet 5 comporte au sommet une cavité 5a telle que représentée sur la figure 3 et dans laquelle est montée mobile la base du cliquet- 5', dont la forme est complémentaire de ce trou 5a ; un ressort 7 exerce sa force sur le cliquet 5' dans le sens indiqué par une flèche sur la figure 2. Le bouton de guidage 6 est logé dans une gorge annulaire 8' réalisée concentriquement sur un chemin de roulement intérieur 8. Ce chemin de roulement 8 tourne dans un chemin de roulement extérieur 9 avec interposit:ion ce billes.Le chemin de roulement exteriGu- 9 est f tZé à rXe plaque 11 assumant la fonction d'une came et pouvant tourner autour d'un pivot 10' fixé à une plaque extrême 10 qui, de son côté,est assujettie fixement au corps de la bicyclette.

Donc, lorsque la plaque 11 pivote, le chemin de roulement intérieur 8 peut être placé de manière excentrée au moyen du chemin de roulement extérieur 9 dans une plage prédéterminée par rapport au centre d'un axe 12 du moyeu.

Une couronne intérieure à rochet 13 est fixée coaxialement à une bride 14 solidaire du moyeu. Les dents de -rochet 13' de la couronne 13 sont toujours en prise avec les cliquets 5' du bras 5 porte-cliquet dans un sens. La couronne intérieure de rochet 13 et le bras porte-cliquet 5 sont recouverts par un couvercle 15 sur le côté du pignon à chaîne 1 et l'intervalle séparant le moyeu 2 du pignon et le couvercle 15 est fermé par un joint d'étanchéité 16 destiné à empêcher les fuites de l'huile de lubrification et la pénétration de poussière et d'eau.

Lorsque le chemin de roulement intérieur 8 est coaxial à l'arbre 3 de la manivelle, celui-ci ne fait qu'exécuter un mouvement de révolution autour de l'axe 12 du moyeu le long de la gorge 8' et donc aucun mouvement oscillant n'est produit, de sorte que tous les cliquets 5' sont en prise avec les dents 13i de la couronne de rochet 13.

Ainsi, la vitesse de rotation du pignon à chaîne 1 est la même que celle de la couronne de rochet 13 (figure 7B). Par contre, lorsqu'unie excentricité e est imposée au chemin de roulement intérieur 8 (figure 7A), le bouton de guidage 6 se déplace le long de la gorge 8', de sorte que l'arbre 3 exécute un mouvement oscillant d'un certain angle en même temps qu'il effectue son mouvement de révolution. Par aile leurs, les cliquets 5' n'entrent en prise avec les dents 13' de rochet que dans le sens qui provoque une multiplication de la vitesse de la couronne 13, de sorte que celle-ci tourne plus vite que le pignon à chaîne 1.De multiples bras 5 étant montés sur le moyeu 2 du pignon 1 et étant orientés radialement, le bras dont la vitesse d'oscillation est la plus rapide provoque l'entrée en prise de son cliquet avec une dent 13' de la couronne et fait tourner cette dernière.

Plus précisément, l'entrée en prise des cliquets 5' et des dents de rochet 13' est intermittente, de sorte que la vitesse de rotation de la couronne de rochet 13 est modifiée à la manière d'ondes sinusoidales qui se chevauchent avec un certain déphasage. Toutefois, l'effet sensible produit réellement est celui d'une multiplication très douce de la vitesse de la couronne de rochet 13. I1 faut pour cela que le nombre des bras porte-cliquet 5 soit au moins égal à six et il est préférable qu'il soit supérieur à huit. La figure 8 illustre schématiquement le principe du mode de fonctionnement décrit ci-dessus.Lorsque le mécanisme fonctionne avec une excentricité nulle, l'angle e suivant lequel l'arbre 3 se déplace entre un point 3a et un point 3b est toujours égal à l'angle O' suivant lequel les cliquets 5' se déplacent d'un point 5c à un point 5d. Par contre, lorsque le centre du chemin de roulement intérieur 8 se déplace d'un point O à un point O', l'angle O' devient supérieur à l'angle e en fonction de la distance (de l'excentricité e) sur laquelle se déplace le chemin de roulement intérieur 8. En d'autres termes, la vitesse angulaire des cliquets 5' est égale à la somme des composantes de vitesse de l'arbre de manivelle 3 et des bras 5 avec pour conséquence la multiplication de la vitesse.

Le rapport maximal de multiplication du dispositif décrit ci-dessus est approximativement égal à 1:1,5, mais il est possible d'obtenir un rapport de 1:2 en ajoutant un engrenage à planétaire au dispositif. Les figures 4 et 5 illustrent des modes de réalisation comprenant un engrenage de ce type. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la rotation du pignon à chaîne 1 est transmis-e à des pignons satellites 19 par l'intermédiaire d'une roue planétaire 18 fixée au moyeu 2, puis est transmise à un support 21. Le support 21 comportant des dents intérieures de rochet 21' sur la surface intérieure, le mouvement de multiplication provoqué par les bras porte-cliquet 5 est transmis à la roue de la bicyclette par l'intermédiaire d'une couronne 22 à denture intérieure.Le même processus se déroule dans le mode de réalisation représentésur la figure 5 et dans lequel la roue à planétaire 18 est disposée sur le côté de la roue de la bicyclette.

Le mode de réalisation de la figure 1 comprend un moyeu spécial ,mais la présente invention est aussi utilisable avec un moyeu classique. La figure 6 représente un mode de réalisation de ce genre. Le dispositif est monté sur le côté droit de la roue arriere au moyen d'un filetage taillé sur la surface du collet14 du moyeu. Le centre de la couronne de rochet 13 est évidé et un taraudage 14' taillé sur la surface intérieure de l'évidement permet de visserlå couronne sur le collet 14 du moyeu;Lemécanisme du dispositif de transmission lui-même est le mêmeque celui du mode de réali- sation représenté sur la figure 1.

Le dispositif de transmission de l'invention s'utilise normalement sous la forme d'un mécanisme de transmission automatique. La figure 7 représente schématiquement le mode de réalisation de ce mécanisme. Un pignon fou à chaîne 23 est rotatif sur une extrémité de la plaque 11 assumant la fonction d'une came et orientable autour d'un pivot 10', cette plaque 11 étant retenue normalement à la position représentée sur la figure 7A par la force d'un ressort 24 prenant appui contre son autre extrémité. Donc, la multiplication a lieu de la manière décrite plus haut lorsque le pignon à chaîne 1 tourne.Toutefois, au démarrage ou lors du passage dans une montée ou sur une mauvaise route, une force plus grande que celle qui est normale peut être exercée sur les pédales avec)pour conséquence, que le bin supérieur de la chaîne 17 subit une traction qui fait monter le pignon fou 23. La plaque 11 atteint alors la position représentée sur la figure 7B et l'excentricité devient nulle, de sorte que le rapport entre la vitesse du pignon à chaîne et celle de la roue de la bicyclette devient approximativement égale à 1:1. Par ailleurs, un câble 25 étant relié à un levier se manoeuvrant à la main et placé sur le guidon ou le corps de la bicyclette, l'excentricité peut être librement commandée par la manoeuvre de ce levier.

Les figures llA, 11B, 12 et 13 illustrent une autre variante de réalisation de l'invention. La force de commande provenant des pédales (non représentées) est transmise par une chaîne 17 à un pignon 1 solidair dvun moyeu 2 yeluiSci esJc creux et comporte six trous 2', 2" également répartis sur un cercle coaxial.

Un bras 5 supportant un cliquet mobile 5' au sommet est solidaire d'un bras 4 de manière à constituer une manivelle (figure 12), la base du bras 4 constituant un arbre de manivelle 3 traversé par un trou 3' destiné à une broche 3".

Un extrémité de la broche 3" montée dans le trou 3' de l'arbre de manivelle est logée dans l'un des trous 2', 2". La base du cliquet mobile 5' est de section transversale circulaire et logée dans un évidement profilé 5a et un ressort 7 logé dans un évidement carré 5b et dont une extrémité pénètre dans l'évidement 5a à travers la cloison repousse le cliquet 5' dans le sens indiqué par une flèche.

Le bras de manivelle 4 comprend au sommet un bouton de guidage 6. Celui-ci a une section transversale triangulaire à sommets arrondis. Le bouton de guidage 6 peut coulisser dans la gorge annulaire 8' qui est réalisée coaxialement dans un chemin de roulement intérieur 8, ce bouton passant dans une boutonnière courbe 1' du pignon à chaine 1, celui-ci comportant plusieurs de ces boutonnières également réparties sur un cercle coaxial. Un ressort 26 est disposé autour de chaque broche 3" de manière que le bras portecliquet soit toujours repoussé dans le sens de la flèche afin que le bouton de guidage 6 soit poussé contre le fond de la gorge 8' afin d'empêcher l'apparition d'un trop fort jeu pouvant être provoqué par l'usure.Le chemin de roulement intérieur 8 tourne dans un chemin de roulement extérieur 9 avec interposition de billes de la meme manière que dans le mode de réalisation précédent.

Le mode de fonctionnement des bras porte-cliquet du mode de réalisation décrit ci-dessus est- identique à celui qui a été décrit en regard de la figure 8. La seule différence réside dans le fait que dans le mode de réalisation précédent, chaque bras porte-cliquet oscille sur un arbre de manivelle passant dans un trou du moyeu du pignon à chaîne 1, tandis que dans le dernier mode de réalisation, chaque arbre de manivelle est logé dans le moyeu creux et chaque bras porte-cliquet peut osciller autour d'une broche.Dans le dernier mode de réalisation, chaque arbre de manivelle étant simplement supporté par le moyeu, il est possible de conférer à l'arbre de la manivelle un diamètre suffisamment grand pour qu'il ait une résistance mécanique convenable et, de plus1 l'épaisseur du dispositif dans la direction de l'axe peut être réduite afin que l'ensemble du dispositif ait un faible encombrement.

Chaque pièce du dispositif de transmission selon l'invention peut être réalisée en matériau convenable, par exemple en métal léger, en métal fritté, en matière plastique, etc. Il est possible ainsi de lui donner un faible poids et une longue vie utile D En particulier, le moulage de précision d'éléments de structure de matière plastique permet d'éviter la nécessité d'effectuer un usinage et ainsi le prix de revient peut subir une forte réduction.

Il est bien entendu que diverses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du domaine de l'invention. Les modes de réalisation décrits ltontété exclusivement à titre d'exemple. Par exemple, au lieu de combiner la plaque assumant la fonction d'une came avec la périphérie du chemin de roulement intérieur, ces éléments peuvent être reliés au moyen de roulements à billes, etc. Par ailleurs, une baguette de caoutchouc peut être montée sur le pivot 10' de la plaque assumant la fonction d'une came de manière à absorber les chocs produits par les changements de vitesse afin que ces changements puissent s'effectuer doucement en évitant d'endommager les cliquets.

I1 apparaît clairement d'après la description qui précède que le dispositif de transmission à variation continue de vitesse pour bicyclette conforme à l'invention a une longue vie utile, fonctionne en douceur, est d'une construction simple, a une grande efficacité et apporte la solution au problème posé depuis longtemps dans l'industrie de la bicyclette.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de transmission à variation continue du rapport de vitesse d'une roue de bicyclette et d'un pignon à chaîne de commande (1) par variation de l'angle d'oscillation de bras porte-cliquet (5) disposésradialement à la périphérie d'un disque solidaire du moyeu dudit pignon à chaîne, caractérisé en ce que chacun desdits bras portecliquet (5) fait partie d'une manivelle comportant un bras de manivelle (4) dont l'arbre (3) peut pivoter par rapport audit pignon, les arbres (3) de ces manivelles étant régulièrement répartis sur un cercle coaxial et l'extrémité de chaque bras de manivelle (4) comportant un bouton de guidage (6) qui est logé dans une gorge annulaire (8') réalisée coaxialement dans un chemin de roulement (8) qui est rotatif et dont l'excentricité (e) peut être modifiée.

2. Dispositif de transmission pour bicyclette selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plaque assumant la fonction d'une came (11) est montée de manière à permettre de faire varier l'excentricité dudit chemin de roulement en fonction de la traction subie par une chaîne engrenant avec ledit pignon de commande (1).

3. Dispositif de transmission pour bicyclette selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit pignon à chaîne (1) est relié à un moyeu (2 ) par l'intermédiaire d'un engrenage à planétaire (18, 19).

4. Dispositif de transmission pour bicyclette selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite plaque assumant la fonction d'une came (11) peut être manoev.vrée au moyen d'un levier actionné à la main par l'intermédiaire d'un câble monté entre eux.