FR3078755A3

FR3078755A3 - Transmission mecanique d’un mouvement de va-et-vient en mouvement rotatif regule

Info

Publication number: FR3078755A3
Application number: FR1870264A
Authority: FR
Inventors: Franck Guigan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-11
Filing date: 2018-03-11
Publication date: 2019-09-13

Abstract

La transmission mécanique transfère le mouvement de va-et-vient d'un élément moteur 1 comme une crémaillère, à la rotation d'une roue dentée de sortie, par deux ensembles mécaniques dites liaisons A et liaison B qui sont affectés chacun au transfert d'énergie pendant l'une des deux phases du mouvement de va-et-vient du moteur. Ces deux liaisons comportent chacun une roue libre de telle sorte que chacun des mouvements de va-et-vient du moteur se transmet à une rotation de même sens à la roue de sortie. Cette organisation permet de maitriser l'évolution du rapport de transmission lors d'un cycle de va-et-vient entre le déplacement du moteur et la rotation de la roue de sortie et d'améliorer le rendement de la transmission. Une transmission selon l'invention remplace le vilebrequin d'un mécanisme à cylindre et piston comme un moteur ou une pompe, ce qui apporte des avantages supplémentaires : un encombrement plus faible grâce à l'absence de cet élément, une diminution de l'usure de la liaison entre pistons et cylindres, et la possibilité de faire tourner le moteur plus vite puisqu'il n'est plus nécessaire d'équilibrer le vilebrequin.

Description

Transmission mécanique d’un mouvement de va-et-vient en mouvement rotatif régulé Domaine d’application L’invention est une transmission mécanique transférant un mouvement de va-et-vient d’un moteur sous forme d’un mouvement de rotation à une roue qui tourne toujours dans le même sens.

Problème posé L’objectif poursuivi par la présente invention est de transformer un mouvement de va-et-vient en un mouvement rotatif, en maîtrisant l’évolution du rapport de transmission tout au long de chacun des cycles du mouvement de va-et-vient.

Description sommaire des dessins L’invention sera bien comprise, et d’autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 6 qui représentent toutes des dispositifs ou parties de dispositifs selon l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d’une transmission selon l’invention, munie de ses accessoires. Comme c’est aussi le cas dans les figures suivantes, et afin de ne pas surcharger inutilement les figures, les guides assurant le maintien des deux crémaillères 1 et la constituant les éléments dits éléments moteurs ne sont pas représentés, ainsi que les paliers supportant les roues dentées.

La figure 2 est une vue en perspective de la transmission de la figure 1, dont tous les éléments ont été cachés sauf la roue de sortie 5 et les roues tertiaires 4A et 4B.

La figure 3 est une vue en perspective de la transmission de la figure 1, dont tous les éléments ont été cachés sauf les roues tertiaires 4A et 4B, les moyens secondaires 2A et 2B, et les roues libres qui assure leur rotation conjointe dans un sens de rotation seulement. Une de ces roues libres tourne librement dans le sens horaire et l’autre dans le sens trigonométriqué.

La figure 4 est une vue en perspective de la transmission de la figure 1, dont tous les éléments ont été cachés sauf les moyens secondaires 2A et 2B et les éléments moteurs 1 et lb.

La figure 5 est une vue en perspective de la transmission de la figure 1, dont tous les éléments ont été cachés sauf les éléments moteurs 1 et lb et une roue dentée 7 synchronisant les deux éléments moteurs 1 et la.

La figure 6 est une vue en perspective de la transmission de la figure 1, dont tous les éléments ont été cachés sauf les éléments moteurs 1 et lb et le moyen de transmission mécanique supplémentaire 6 qui transforme le mouvement de rotation de la roue de sortie 5 en un mouvement de va-et-vient de l’élément moteur 1. Ce moyen mécanique supplémentaire est composé d’une bielle 61 entraînée par une manivelle 62 reliée à la roue de sortie 5 par une roue libre 63.

Exposé de l’invention L'invention est une transmission mécanique transférant le mouvement de va-et-vient d’un ou plusieurs éléments dit(s) moteur(s), 1 et le cas échéant lb, le et suivants, muni(s) d’un moyen d’entraînement comme par exemple une surface de friction, une denture, ou un ensemble d’aimants ou d’électro-aimants, à une roue dite roue de sortie 5, comportant au moins deux liaisons mécaniques dites liaison A et liaison B assurant la transmission de mouvement de l’élément moteur 1 à ladite roue de sortie 5, comportant chacune - une roue dit roue tertiaire, 4A ou 4B selon le cas, dont l’axe de rotation est dit axe secondaire, qui entraîne ladite roue de sortie 5, - et un moyen d’entraînement dit moyen secondaire, 2A ou 2B selon le cas, pouvant aussi tourner autour dudit axe secondaire, entraînant un élément moteur 1, et relié mécaniquement audit moyen secondaire 2A ou 2B par une roue libre, respectivement 3A ou 3B, caractérisée en ce que - ladite roue libre d’une desdites liaisons A et B ne rend cette liaison mécanique active que dans l’une des deux phases du mouvement de va-et-vient de l’élément moteur 1, - et chacune desdites liaisons A et B, lorsqu’elle est active, transmet le mouvement de l’élément moteur 1 à ladite roue de sortie 5 dans le même sens de rotation.

Description détaillée de l’invention

La transmission mécanique transfère le mouvement de va-et-vient du un moyen d’entraînement dit élément moteur 1 à la rotation d’une roue de sortie 5, par deux ensembles mécaniques dits liaison A et liaison B, qui sont chacun affecté au transfert d’énergie pendant l’une des deux phases du mouvement de va-et-vient de l’élément moteur 1. L’innovation est que, par la présence d’une roue libre dans chacune des liaisons, et par la méthode de transmission mécanique utilisée, chacun des mouvements de va-et-vient de l’élément moteur 1 est transmis à la roue de sortie 5 dans le même sens de rotation. L’homme du métier peut obtenir ce résultat en choisissant pour l’une des deux liaisons une méthode de transmission mécanique qui transfère le mouvement en inversant le sens de rotation, et pour l’autre une méthode qui ne l’inverse pas. Voici à titre d’exemple quelques unes de ces méthodes connues : - un ensemble poulies-courroie transfère le mouvement d’une poulie à l’autre sans changer le sens de rotation ; - un ensemble couronne pignon transfère le mouvement de la couronne au pignon sans changer le sens de rotation ; - un engrenage transfère le mouvement d’un pignon denté à un autre en inversant le sens de rotation. D’une façon générale, il sait concevoir une liaison mécanique d’une première roue dentée ou portion de roue dentée à une deuxième roue dentée de telle sorte que la deuxième roue dentée tourne dans le même sens que la première ou dans le sens opposé. Pour prendre un exemple, lorsque les deux roues dentées sont connectées directement l’une à l’autre, la deuxième tourne dans un sens opposé à la première, mais si l’on intercale une troisième roue dentée entre la première et la deuxième, la deuxième tourne dans le même sens que la première.

Il lui est donc facile concevoir une transmission mécanique selon l’invention, dans laquelle chacune desdites liaisons A ou B transfère le mouvement de l’élément moteur 1 à ladite roue de sortie 5 dans le même sens de rotation pendant la phase où sa roue libre la rend active.

On entend ci-avant et ci-après par roue libre aussi bien une roue libre à cliquet que toute forme de dispositif permettant un embrayage unidirectionnel.

Pour transférer des puissances importantes, l’élément moteur 1 coopère avantageusement avec un moyen secondaire 2A ou 2B par des dents d’engrenage, et une roue tertiaire 4A ou 4B coopère aussi avantageusement avec la roue de sortie 5 par des dents d’engrenage. La présente invention n’est pas limitée aux transmissions par contact solide, et aussi bien la liaison entre l’élément moteur 1 et le moyen dit secondaire que celle entre la roue tertiaire 4A ou 4B et la roue de sortie 5 peuvent aussi être des liaisons magnétiques, électromagnétiques ou par fluides, cette liste n’étant pas limitative.

Le mouvement de va-et-vient de l’élément moteur 1 peut être de toute nature, comme par exemple rectiligne ou circulaire. Il peut très bien s’agir d’une roue ou d’une portion de roue, ou d’un élément mécanique dont une extrémité est fixée sur un levier, et l’autre coulisse sur un support par exemple. Il faut en revanche que la coopération entre l’élément dit élément moteur 1 et le moyen secondaire 2A ou 2B soit permanente et que l’élément moteur 1 ait un mouvement de va-et-vient. L’homme du métier peut concevoir une liaison A ou B de telle sorte que le rapport entre le mouvement de l’élément moteur 1 et la rotation du moyen secondaire 2A ou 2B soit constant ou bien varie afin que la courbe de variation de la puissance de l’élément moteur 1 transmise à la roue de sortie 5 au cours d’un cycle soit la plus linéaire possible. Il peut aussi optimiser la forme de l’élément moteur 1 dans le même objectif.

Plus généralement, le rapport entre le mouvement de l’élément moteur 1 et la rotation du moyen secondaire 2A ou 2B peut être rendu constant par la combinaison des formes du moyen d’entraînement de l’élément moteur 1 et dudit moyen secondaire 2A ou 2B, et l’homme de l’art peut avantageusement combiner les formes du moyen d’entraînement de l’élément moteur 1 et du moyen secondaire 2A ou 2B, afin de déterminer tout au long d’un cycle de va-et-vient de l’élément moteur 1 un rapport de transmission tel que la puissance transmise par l’élément moteur 1 à la roue de sortie 5 à travers toutes les liaisons mécaniques actives de la transmission reste sensiblement constante pendant ce cycle.

Dans une version simple, l’axe dit secondaire est fixe, mais il peut ne pas l’être, l’essentiel étant que sa distance avec l’axe de rotation de la roue de sortie 5 soit constante de telle sorte qu’une roue tertiaire 4A ou 4B coopère en permanence avec la roue de sortie 5. Des tiges 8A et 8B représentées à la figure 1 maintiennent cette distance constante.

Avantageusement, un rappel élastique (non représenté) tend à éloigner l’élément moteur 1 de chacune de ses positions extrêmes. Cela a pour effet que le rappel élastique stocke de l’énergie en atteignant cette position extrême, et engage automatiquement un cycle de direction opposée en restituant cette énergie.

Dans une version perfectionnée, une transmission selon l’invention peut être rendue réciproque, ce qui lui permet par exemple de disposer d’un frein moteur. Pour cela, un moyen de transmission mécanique supplémentaire imprime un mouvement de va-et-vient audit élément moteur 1 lorsque la roue de sortie 5 tourne. De tels moyens sont connus comme les systèmes pignon-crémaillère, les systèmes à cames ou les systèmes bielle-manivelle. L’homme du métier comprend que, pour mettre en œuvre ce perfectionnement, il faut que ce moyen de transmission mécanique supplémentaire ait les deux caractéristiques suivantes : - il ne doit pas provoquer un mouvement de l’élément moteur 1 qui lui-même entraîne la roue de sortie 5 à une vitesse supérieure car, dans le cas contraire, la transmission se bloquerait, - et il doit être relié audit élément moteur 1 par une roue libre de telle sorte que l’élément moteur 1 puisse avoir un mouvement plus important que celui qui lui est transmis par ce moyen de transmission mécanique supplémentaire.

Comme représenté dans les figures, le moteur peut aussi être constitué de deux éléments 1 et la ayant un mouvement de va-et-vient identique ou opposé, comme par exemple deux leviers ou deux crémaillères. Chacun de ces deux éléments peut être relié aussi bien à une seule ou à deux liaisons mécaniques A ou B. Ces deux éléments peuvent aussi être reliés entre eux par une liaison mécanique 7 de telle sorte qu’ils aient des mouvements de va-et-vient synchrones, qui peuvent être aussi bien semblables qu’opposés. L’invention s’applique particulièrement aux moteurs à explosion, à air comprimé ou à fluide qui comportent des pistons ou des soufflets.

Le fait que la forme de l’élément moteur 1 et celle du moyen secondaire 2A ou 2B puissent être optimisées par l’homme du métier est un avantage majeur, aussi bien pour améliorer le rendement que pour diminuer voire supprimer les acyclismes qui sont une grande cause de fatigue de tous les éléments d’une transmission mécanique, générant de surcroît des vibrations et du bruit, et obligeant à limiter la vitesse de rotation du moteur.

La suppression du vilebrequin et des bielles permet de limiter considérablement le poids et l’encombrement des moteurs. Elle permet aussi de limiter l’usure de la liaison étanche entre cylindre et piston, car la force transmise par le cylindre l’est dans le même axe que celui de son mouvement, ce qui ouvre la voie à la réalisation de moteurs supercarrés qui peuvent tourner à de très hauts régimes. Pour des moteurs destinés à tourner à faible régime, c’est l’inverse qui devient possible, l’allongement de la course des pistons qui offre l’avantage de n’augmenter que peu l’encombrement du moteur et son poids. Cela permet d’améliorer le rendement en augmentant la durée de l’admission et celle de l’échappement qui est plus complet dans ce cas.

La présente invention supprime l’intérêt qu’il y avait, avec des vilebrequins, de multiplier le nombre de pistons et de cylindres, dans la mesure où l’objectif de cette augmentation du nombre de pistons et cylindres était en particulier de limiter les acyclismes et les vibrations.

Pour un moteur à deux temps, l’association de deux pistons suffit à réduire ou supprimer complètement les acyclismes, soit en les disposant « a plat » opposés l’un à l’autre - ils peuvent dans ce cas avantageusement former un seul élément mécanique rigide - soit en les disposant « en ligne » et en les reliant mécaniquement, par exemple par une roue dentée 7 les obligeant à avoir un mouvement en sens inverse l’un de l’autre comme représenté dans les figures. On a ainsi un temps de détente pour chaque aller ou retour du mouvement de va-et-vient de chacun des deux pistons. Pour un moteur à quatre temps, il suffit d’associer quatre pistons pour avoir un temps de détente pour chaque aller ou retour de chacun des quatre pistons.

Dans une version particulière, la présente transmission peut comporter un moyen de variation de son rapport de transmission. Il suffit pour cela qu’un élément moteur 1 soit entraîné en un mouvement de va-et-vient par un levier. En modifiant la distance entre l’axe de rotation du levier et le point de ce levier qui entraîne l’élément moteur 1, on modifie directement et en continu le rapport de transmission.

Principaux avantages

Lne transmission selon l’invention permet de maîtriser l’évolution du rapport de transmission lors d’un cycle de va-et-vient entre le déplacement de l’élément moteur 1 et la rotation de la roue de sortie 5, ce qui permet d’améliorer le rendement d’un moteur ou de nombreux autres types de systèmes mécaniques.

Lne transmission selon l’invention remplace le vilebrequin d’un mécanisme à cylindre et piston comme un moteur ou une pompe, ce qui apporte des avantages supplémentaires : un encombrement plus faible grâce à l’absence de cet élément, et une diminution de l’usure de la liaison entre pistons et cylindres.

Elle permet aussi de supprimer les manivelles que constituent habituellement les pédaliers des vélos, en les remplaçant par des pédaliers constitués de leviers à mouvement de va-et-vient. Cela permet de limiter l’encombrement de la transmission, d’améliorer son rendement. Par ailleurs, la possibilité de modifier la distance entre l’axe de rotation du levier du pédalier et l’élément dit élément moteur 1 de la transmission permet de disposer d’un changement de vitesse très simple et économique.

Applications L'invention s’applique en particulier : a) aux transmissions mécaniques de toutes natures, comme par exemple les palans, les crics, les treuils, les winches, b) aux moteurs à pistons c) aux éoliennes et aux hydroliennes, d) aux broyeurs et concasseurs de minerais et aux mélangeurs, e) aux appareils électroménagers et à l'outillage, f) aux engins à pédales, voiturettes et bicyclettes en solo ou en tandem, pour transformer le mouvement de va-et-vient de pédales ou de manettes en rotation d’une roue, g) aux jouets.

Claims

Revendications

1. Transmission mécanique transférant le mouvement de va-et-vient d’un ou plusieurs éléments dit(s) moteur(s) (1 et le cas échéant lb, le et suivants), muni(s) d’un moyen d’entraînement comme par exemple une surface de friction, une denture, ou un ensemble d’aimants ou d’électro-aimants, à une roue dite roue de sortie (5), comportant au moins deux liaisons mécaniques dites liaison A et liaison B assurant la transmission de mouvement dudit élément moteur (1) à ladite roue de sortie (5), comportant chacune - une roue dit roue tertiaire (4A ou 4B selon le cas) dont l’axe de rotation est dit axe secondaire, qui entraîne ladite roue de sortie (5), - et un moyen d’entraînement dit moyen secondaire (2A ou 2B selon le cas), pouvant aussi tourner autour dudit axe secondaire, entraînant un élément moteur (1) et relié mécaniquement audit moyen secondaire (2A ou 2B) par une roue libre (respectivement 3A ou 3B), caractérisée en ce que : - ladite roue libre d’une desdites liaisons A et B ne rend cette liaison mécanique active que dans Tune des deux phases du mouvement de va-et-vient dudit élément moteur (1), - et chacune desdites liaisons A et B, lorsqu’elle est active, transmet le mouvement dudit élément moteur (1) à ladite roue de sortie (5) dans le même sens de rotation.
2. Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que le rapport entre le mouvement dudit élément moteur (1) et la rotation dudit moyen secondaire (2A ou 2B) est rendu constant par la combinaison des formes du moyen d’entraînement dudit élément moteur (1) et dudit moyen secondaire (2A ou 2B).
3. Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que la combinaison des formes du moyen d’entraînement du élément moteur (1) et du moyen secondaire (2A ou 2B) détermine tout au long d’un cycle de va-et-vient dudit élément moteur (1) un rapport de transmission tel que la puissance transmise par le élément moteur (1) à la roue de sortie (5) à travers toutes les liaisons mécaniques actives de la transmission reste sensiblement constante pendant ce cycle.
4. Transmission mécanique selon Tune quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit axe secondaire n’est pas fixe mais que sa distance avec Taxe de rotation de ladite roue de sortie (5) est constant de telle sorte que ladite roue tertiaire (4A ou 4B) coopère en permanence avec ladite roue de sortie (5) tout en coopérant en permanence avec ledit élément moteur (1).
5. Transmission mécanique selon Tune quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’un rappel élastique tend à éloigner ledit élément moteur (1) de chacune de ses positions extrêmes.
6. Transmission mécanique selon Tune quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’un moyen de transmission mécanique supplémentaire (6) transforme le mouvement de rotation de ladite roue de sortie (5) en un mouvement de va-et-vient dudit élément moteur (1).
7. Transmission mécanique selon Tune quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit élément moteur (1) est entraîné en un mouvement de va-et-vient par un levier.