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"Changement de vitesse"
La présente invention a pour objet un changement de vitesse pouvant être réalise soit sous forme de change- ment de vitesse continu, soit sous forme de changement de vitesse discontinu .
On connaît déjà des dispositifs modificateurs de vitesse dans lesquels un arbre moteur porte fou un pignon excentre engrenant avec la denture intérieure d'un engrenage à diamètre oonstant solidaire de l'arbre entraîne 'L'objet de la présente invention est, au contraire, caractRrisé par un galet ou cercle entraîné par l'arbre mo- teur dans un mouvement de roulement contre un anneau dont le diamètre peut, suivant le caractère que doit avoir le changement de vitesse, soit être modifié de quantités déter- minées successives, soit être modifié de façon progressive .
Dans le premier cas, le roulement du galet entraî- né est assuré, soit par adhérence, soit par l'intermédiaire
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d'une denture. Dans le second cas, il est assuré par adhéren- ce seulement . Un point quelconque du cercle entraîné par l'arbre moteur et roulant sur l'anneau se trouve donc décrire une épicycloïde ou une hypocycloide de cercle, suivant que le cercle sera extérieur ou intérieur à l'anneau. Ce mouvement épicycloïdal ou hypocycloïdal est transmis l'arbre récep- teur par tout dispositif approprié tel que : joint de cardan, joint d'oldham ou joint à double tournevis .
Le galet qui est entraîné par l'arbre moteur peut venir en contact direct avec l'anneau de diamètre variable ou bien il peut entraîner à son tour un cercle contre lequel il s'applique énergiquement grâce à une force élastique tel- le que des ressorts et qui roule contre 1"anneau de diamètre variable .
Dans le cas de mouvement par adhérence, pour éviter le glissement entre le galet ou le cercle roulant et l'anneau à diamètre variable, il y a avantage à munir la périphérie du cercle roulant d'une garniture d'un produit à haute adhé- rence tel que, par exemple, celui connu dans le commerce sous le nom de "Ferodo" .
L'anneau de diamètre variable contre lequel roule le galet ou le cercle intermédiaire est, par exemple, consti- tué par une lame métallique, garnie ou non de substance adhé- rente et enroulée en forme d'hélice de manière à former un anneau cylindrique; des poussoirs peuvent être disposés ra- dialement et recevoir des mouvements qui les rapprochent ou les écartent du centre de l'anneau, de manière à rétrécir ou à laisser s'augmenter le diamètre de ce dernier .'Si l'au- neau en question est constitué par une lame d'acier trempé, formant ressort, l'élasticité de cette lame peut être suffi-
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sante, sans qu'il soit nécessaire de faire intervenir d'au- tres moyens., pour permettre à l'anneau de se distendre au fur et à mesure que les poussoirs s'écartent de son centre,
cette action de distension étant aidée par l'action du cercle rount lorsque le galet ou cercle agit intérieurement à l'anneau .
Il est, en effet, possible de concevoir l'appareil soit avec cercle roulant sur l'extérieur de l'anneau - le cercle étant alors appuyé vers le centre de l'anneau et les poussoirs qui dilatent ou laissent rapetisser ce dercle étant disposés à l'intérieur de l'anneau soit au contraire avec le cercle intérieur à l'anneau, les poussoirs étant'disposés extérieurement .
Les poussoirs dont il est question pourront être soit des sortes de pistons radiaux actionnés mécaniquement ou hydrauliquement, soit des excentriques, les dits poussoirs étant répartis le long de l'anneau en nombre suffisant, étant donné l'épaisseur de cet anneau, pour que ce dernier conserve, pour chacun de ses diamètres sucoessifs, une forme pratique- ment circulaire .
On peut apporter à ce dispositif des modifications d'ordre secondaire consistant : d'une part à entraîner directement le cercle de roulement par l'arbre moteur, en supprimant le galet excen- trique intermédiaire ou en constituant le dit cercle de roulement et le galet par un seul et même organe, à savoir:
un galet qui est entraîné par l'arbre moteur et qui est sol- licité par' un ressort ou tout autre dispositif analogue, de telle façon que ce galet vienne s'appliquer directement à l'intérieur ou à l'extérieur de l'anneau de diamètre varia- ble.
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d'autre part, à constituer l'anneau de diamètre va-
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table, soit comme ind1'ltré' ptécéc1±h:p:T;
Itsoit au moyen d'une surface de révolution dont la position relative par rapport au galet peut être déplacée progressivement suivant la direc- tion commune à l'axe de figure de cette surface et à l'axe de rotation du galet, et qui est engendrée par une courbe conçue de telle manière que, dans les diverses positions du galet conique, remplaçant dans ce cas le cercle de roulement, le sommet du cône dont fait partie ce galet coincide dans toutes les positions avec le sommet du cône tangent au point de con- tact du galet avec la dite surface de révolution . La surface de révolution en question peut être très peu différente d'un cône et, en conséquence, être, dans certains'cas, remplacée pratiquement par un oône, la génératrice théorique de cette surface ayant une très faible courbure .
En outre, le mouvement est pris sur le galet coni- que de roulement, soit comme cela est décrit ci-dessus pour le cercle de roulement, soit au moyen d'un arbre à cardans interposé entre le galet conique de roulement et l'ar- bre récepteur .
De même un perfectionnement important est encore ap- porté au dispositif décrit,dans ce qui. précede
Il résulte en effet de la théorie du mouvement du galet, entraîné comme il est dit ci-dessus de telle manière qu'il reste en contact sans glissement avec une circonférence fixe dans l'espace, que le mouvement résultant est caractérisé par une vitesse :
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w étant la vitesse de l'arbre moteur, R le rayon de la air-
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conférence de rayon variable et ! le rayon du galet .
On voit que w' est toujours de même signe que r # R ce qui est une condition absolue pour le cas où le galet est intérieur ou si r R pour le cas où le galet est extérieur
Dans ces conditions, la vitesse résultante varie de
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mais on peut prendre des valeurs de signe contraire à W (galet intérieur) ou de même signe que (galet extérieur).
En commandant la pièce à surface sensiblement coni- que destinée à procurer les circonférences à rayon variable de telle manière qu'elle soit animée d'un mouvement de rota- tion à vitesse constatne la vitesse du mouvement résul- tant est
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c'est-à-dire que pratiquement4)/ pourra varier entre les limites
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permettant ainsi toutes les vitesses comprises entre une vitesse négative et une vitesse positive données et ceci avec la même progression que dans le système décrit ci- dessus.
De plus, il est signalé que le changement de vi- tesse qui fait l'objet de l'invention constitue un asser- vissement rigoureux du système mené au systèmemoteur et qu'
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il est un frein énergique s'opposant à une modification des conditions du mouvement telles qu'elles résultent des formu- les ci-dessus. En particulier, lorsque w'- 0, le système mené est rigoureusement freiné et maintenu au repos .
A cet effet, le dispositif de la présente invention est constitué en principe par trois éléments, à savoir : 1 un axe entraîné par l'arbre moteur et susceptible de se dé- placer parallèlement à ce dernier. 2 - Un galet ou organe analogue monté rotatif sur cet axe et relié à l'arbre récep- teur. 3 - Une surface sensiblement conique avec laquelle le dit galet est en contact et qui, en outre qu'elle est mobile suivant son axe, peut être animée -par un moyen approprié - d'un mouvement de rotation propre .
Comme l'excentrement du galet et de son axe, par rapport à l'arbre moteur, entraîne des efforts dûs à la force.¯- centrifuge, il est nécessaire, en pratique, de prévoir un dispositif de compensation grâce auquel, pour tout- déplacement de la masse de l'ensemble excentré, une masse correspondante est déplacée, en sens contraire, par rapport à l'axe de rota- tion .
On peut réaliser cette compensation, par exemple au moyen d'un contre-poids qui, actionné par un levier pivotant sur une pièce solidaire de l'axe moteur et relié d'autre part à l'axe du galet, se déplace, par rapport.au centre de rota- tion, d'une distance calculée d'après la masse de l'ensemble excentré et d'après celle qu'on peut donner au déplacement du contre-.poids .
Le déplacement longitudinal du cône peut être ef- fectué de toute manière appropriée, ce déplacement étant, bien entendu, susceptible d'être commandé à distance .
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Enfin, au besoin, pour éviter le glissement entre le galet conique et le cône, on peut munir la périphérie du galet d'une garniture adhérente constituée, par exemple, par un pro- duit tel que celui qui est connu dans le commerce sous le nom de "Ferodo" .
De même, à titre de variante, on peut combiner avec le dispositif défini ci-dessus, un système planétaire pour ob- tenir une vitesse nulle ou une rotation inverse de l'arbre ré- cepteur .
Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, diverses formes de réalisation de l'invention .
Dans ce dessin :
Fig. 1 est une vue schématique de la constitution de l'appareil .
Fig. 2 est une vue analogue d'une variante . fig. 3 est une coupe transversale par A-A de fig. 4 d'une forme de construction d'un changement de vitesse progres- sif conforme à l'invention .
Fig. 4 est une coupe diamétrale par B-B de l'appareil représenté fig. 3 .
Fig. 5 est une vue de face du joint servant à trans- mettre le mouvement du cercle roulant aux arbres récepteurs .
Fig. 6 est une ooupe longitudinale d'une autre va- riante .
Fig. 7 en est une coupe transversale par C-C de fig. 6.
Fig, 8 est une vue extérieure, avec coupe partielle de la variante de fig. 6 .
Fig. 9 est une coupe analogue à/fig. 7 dans une autre position des organes .
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Fig.lO est,une coupe longitudinale. schématique d'une autre variante .
Fig. 11 est une coupe transversale Par. D-D de fig. 10.
Fig. 12., est une coupe diamétrale d'une variante dans le mode d'enurainement de l'arbre récepteur..
Dans le schéma de la fig. 1, 1 est l'arbre moteur qui porte une fourche 6 dans laquelle coulisse radialement l'axe 4 d'un galet 5 . Un ressort 7 tend à appliquer le galet 5 contre l'intérieur de l'anneau 9. Les vitesses variables sont prélevées sur l'axe 4 du galet 5, par exemple au moyen d'un arbre à cardans 31 - 32 - 33, aboutissant à l'arbre ré- cepteur 29-30, ou bien au moyn des organes décrits plus loin .
En fig. 2, on retrouve les mêmes éléments, mais 'ici le galet 5, au lieu de rouler à l'intérieur de l'anneau 9, ap- plique constamment, grâce au ressort 7, un cercle 8 sur la. face interne de l'anneau 9 .
On se rend compte que, dans les deux cas, si l'ar- bre moteur tourne dans le sens de la flèche F, le galet 5, dans le premier cas, tourne dans le sens de la flèche F1 et que, dans le second cas, ce galet 5 pousse devant lui, en tournant sur son axe, le cercle 8 qui roule à l'intérieur de l'anneau 9 tout en roulant dans le sens de la flèche F2, si R est le rayon de l'anneau 9 et r le rayon du galet 5 ou du cercle 8, et si w est la vitesse de rotation de l'arbre moteur d, la vitesse de rotation w' du galet 5 ou du cercle 8 autour de leur centre sera :
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1 , r Ji - r R Le centre 4 du galet 5 ou 10 de l'anneau 8 décrit un cercle autour du centre 2 de l'arbre moteur 1 et tout/autre point
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du galet ou du cercle décrit une hypocycloïde de cercle.
Où conçoit que, si l'on fait varier le rayon R de l'anneau 9, le rayon restant constant, on pourra pour une même vitesse de rotation de l'arbre moteur obtenir au- tant de vitessesdifférentes qu'il y a de rayons différents dans l'anneau 9, entre la dimension r (pour laquelle l'anneau
9 épouserait exactement la périphérie du galet 5 ou du cercle
8) et le rayon maximum qu'il est possible de donner à l'anneau
9.
On reconnaît, à la fig. 3, l'arbre moteur 1, dont l'axe est en 2 ; le tourillon 4 du galet 5 ; la fourche 6 munie d'évidements 11 dans lesquels peut se déplacer le tourillon 4 du galet ; le cercle roulant 8 et l'anneau 9 à l'intérieur duquel rcule le cercle 8 . Les ressorts 7 interposés entre le fond des glissières 11 et le tourillon 4 du galet n'ont pas é- té représentés pour plus de clarté .
Le cercle roulant 8 est représenté muni d'une garni- ture de friction 12 qui sera, par exemple, du "Ferodo" .
L'anneau 9 est, ainsi qu'on le voit à la fig. 4, formé par une lame d'acier trempé roulée en hélice sous forma de spires jointives telles que 13,13a ......
Une série de cames ou d'excentriques tels que 14 (fig. 3 et 4) sont montés sur des tourillons 15 portant chacun un pignon 16 qui engrène avec une couronne dentée 17 suscep- tible de tourner sur une douille 18 solidaire de la carcasse qui enferme l'appareil .
Si l'on fait tourner la roue dentée 17, ce qui a pour effet de faire tourner sur leur axe 'les pignons 16, les tourillons 15 et les cames 14, on repoussera concentriquement vers le centre, ou on laissera se dilater vers l'extérieur,
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l'anneau 9. On diminuera ainsi, ou on augmentera le chemin qu'aura à parcourir en roulant le cercle 8 dans l'anneau 9 pour un tour de l'arbre moteur 1, faisant ainsi varier progres- sivement la quantité dont le cercle 8 aura tourné autour de son axe et faisant par suite varier progressivement le rapport des vitesses de rotation de l'arbre 1 et de l'axe 10 du cer- cle 8 .
Le cercle 8 comporte deux bossages 19 qui pénètrent (voir fig. 4 et 5) dans deux glissières 20 portées par un dis- que 21 muni d'une ouverture centrale 32 dans-laquelle passe librement l'extrémité de l'arbre moteur 1 et qui est muni, sur son autre face, de bossages 23 susceptibles de coulisser dans des rainures 24 portées par un plateau 25 monté de manière à pouvoir tourner sur une douille 26 concentriquement à l'arbre moteur 1 .
L'anneau 21 et le plateau 25 forment, en combinaison avec les bossages 19 et 23, un joint à double tournevis qui permet au cercle 8 d'entraîner dans son mouvement de rotation autour de son centre 10, le plateau 25 qui tourne autour de l'axe 2 . L'arbre récepteur peut être entraîne directement par le plateau 25 ou bien, comme cela est représenté à la fig. 4, être muni d'un pignon 27 qui engrène avec des roues dentées,28 montées sur deux arbres récepteurs 29 et 30 .
Pour constituer un changement de vitesse discontinu, susceptible de réaliser seulement un certain nombre de rapports de vitesse entre l'arbre moteur et le ou les arbres récepteurs, il suffirait de donner à l'anneau 9, uniquement un certain nom- bre de rayons différents. Lans ce cas, on pourrait munir exté- rieurement le cercle 8 d'une denture qui viendrait en prise avec des dents correspondantes portées par les spires de l'an-
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neau 9.
Entre chaque vitesse, il faudrait dégager la denture du cercle 8 de celle de l'anneau 9 et les différents diamètres donnés par étapes, à l'anneau 9, devraient être tels que les différentes spires se trouvent décalées d'une dent l'une par rapport à l'autre . Ceci serait, par exemple, obtenu par un écrasement des ressorts 7, accompagné d'un rapprochement con- comitant du cercle 8 vers le centre 2, d'une quantité suffi- sante pour que les dentures se dégagent les unes des autres.
Une fois l'anneau 9 amené au diamètre inférieur ou supérieur désiré, on laisserait les ressorts 7 se détendre de manière à remettre en prise la denture du cercle 8 avec celle de l'an- neau 9 ,
Dans le cas où l'anneau 9 ne comporte qu'une spire ou seulement un peu plus qu'une spire, il ne sera pas néces- saire de dégager la denture du cercle 8 de celle de l'anneau 9, les variations de diamètre de l'anneau 9 pouvant alors être réalisées pendant que le cercle 8 ne roule pas sur le joint de l'anneau 9 .
Tans la variante représentée aux fig. 6 à 9, la fourche fixée à l'arbre moteur et dans laquelle se déplace le galet, est remplacée par une glissière 34 fixée à l'arbre 1 et dans laquelle peut se déplacer, perpendiculairement à l'arbre 1, une pièce analogue 35 solidaire d'un axe 36 susceptible de tourner fou, par l'intermédiaire de roulements à billes 37, à l'intérieur du galet 5 de forme conique ,
Ce galet 5 est relié à l'arbre entraîné 30 par l'ar- bre à cardans 31, 32. 33 . Dans la position représentée en fig. 6, le galet 5 est en contact, par une garniture adhérente 12, avec toutes les génératrices d'un cône évidé 38 de même ouverture et de même axe que la partie conique' du galet .
Ou
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cône 38 peut être déplacé dans le sens de son axe et, à cet effet, il peut être muni de brides coulissant dans une glis- sière par exemple ,
Ainsi qu'on le voit en fig. 7, la glissière 34 est munie, à sa partie supérieure, d'une butée 41 et la pièce 35, à sa partie inféri&ure, d'une autre butée 42 entre Lesquelles se trouva un ressort 7 qui tend à les éloigner et à faire glisser par conséquent la pièce 35 par rapport à la glissière 34 . Dans la position des fig. 6 et 7, oc glissement ne peut s produire puisque le galet 5, solidaire de la pièce 35, est encontact par toutes ses génératrices avec le cône 38 . Dans co cas, l'arbre moteur 1 tourne fou dans le roulement à billes 37 .
Si l'on suppose maintenant ce cône 3$ déplacé, dans une glissière par exemple, le ressort 7 repousse la pièce 35 et le galet 5 jusqu'à ce que celui-ci vienne en contact, par une de ses génératrioes, avec l'intérieur du cône 38, ainsi qu'on l'a indiqué aux fig. 8 et 9 . Le galet n'étant plus coincé dans le cône 38, il s'en suit que la rotation de l'ar- bre moteur 1 produira le roulement du galet 5 à l'intérieur de ce cône, comme dans la fig. l,le galet 5 roule à l'intérieur du cercle 9 . La vitesse de rotation du galet 5 autour de son axe dépend du rayon moyen de la portion tronconique du cône 38 touchéepar le galet 5 .
En effet, si on appelle R ce rayon mcyen et r le rayon moyen du galet conique et si c est la vitesse de rotation de l'arbre moteur 1, la vitesse de rota- tion du galet 5 autour de son axe est :
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:,j i,,1 R - il 1 d'ot il résulte, étant constant, que si l'on déplace le cô- ne 38 vers la droite, à partir de la position de fig. 6 pour
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laquelle R = r, la vitesse de rotation du galet autour de son axe, et par suite celle de l'arbre 30, variera de zéro jusqu'à une valeur - toujours inférieure à la vitesse de rotation de l'arbre moteur - correspondant au rayon maximum qu'il est possible de donner à la grande base du cône 38 .
-Il y a lieu de remarquer que le déplacement de la pièce 35 dans la glissière 34 ,entraîne un déplacement de la masse de l'ensemble galet- pièce 35 par rapport à l'axe 1 .
Pour compenser le moment ainsi créé, on a prévu un contre- poids 43, ayant par exemple la forme d'un cylindre à paroi épaisse, mobile dans un alésage ménagé dans les pièces 34 et 35 et dont la perforation intérieure permet le passage du ressort 7 .
La compensation peut par exemple, s'effectuer au moyen d'un levier 44 articulé en un point 45 sur la glissière 34 et dont les extrémités sont couplées respectivement à un goujon 46 de la piéce 35 et au contre-poids 43 . Cette dis- position entraîne, lorsque la pièce 35 glisse par rapport à la glissière 3.4, un déplacement en sens inverse du contre- poids 43 qui vient ainsi, par sa masse convenablement choi- sie, compenser le déplacement de la masse du galet par rap- port à ltaxe de rotation 'La fig. 10 correspond au cas où l'appareil peut donner une vitesse résultante nulle ou même de sens contraire à celle de l'arbre moteur 1 ;de même les fig.11 & 12 .
Dans ce cas, le mouvement résultant est pris sur un axe a à la sortie d'un train planétaire constitué (fig.10 et 11) par une couronne b, dentée intérieurement et extérieu- rement, dont le mouvement de rotation est commandé par le ga- let conique 5, à vitesse variable, au moyen d'un pignon c
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fixé sur l'arbre 30, ta.ndis que le pignon planétaire d monté fou sur son axe, est commandé à vitesse constante par l'arbre moteur 1 par l'intermédiaire de roues dentées e et f et d'un arbre . L'entraînement de l'arbre! par le pignon d est réa- lisé par le bras de levier résultant de l'excentricité de l'axe du dit pignon .
le mouvement résultant pris sur a est ainsi maximum quand la couronne b du train planétaire a sa vitesse minima .
11 st nul lorsque la vitesse de rotation de la oouronne b est égale et de sens contraire à celle du pignon ± à vitesse cons- tante, hypothèse faite que les pignons c et f sont de même dia- mètre .
Un tel dispositif est également susceptible de faire tourner l'arbre a en sens inverse de l'arbre moteur 1 si l'on a soin de dimensionner les diverses roues dentées, la couronne du planétaire et les pignons de l'appareil, de manière que la vi- tesse de l'arbre a se trouve nulle pour une position du galet conique à vitesse variable située en un point intermédiaire en- tre les deux extrémités du cône 38 .
Toute position du galet conique, d'une part de cette position intermédiaire donnera, pour l'arbre a, un sens de rotation de même sens que celui de l'arbre moteur 1 - tandis que toute position dudit galet, de l'autre côté de cette position intermédiaire donnera, pour 1' arbre a, un sens de rotation inverse de celui de l'arbre moteur
On a représenté ici un train planétaire avec pignon satellite d engrenant sur la couronne b et sur le pignon f.; on pourrait supprimerle pignon f et monter le pignon d sur un excentrique calé sur l'arbre à la place du pignon f ; le pi- gnon d serait alors entraîné par l'excentrique et roulerait sur la denture intérieure de la couronne b; son mouvement de rota- tion serait transmis à l'arbre a au moyen d'un arbre de cardan.
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De même, au lieu que l'arbre à cardan 32 actionne
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directement l'arbre 30, on pourrait --..--......, -........---...-.-'..- JI7- faire actionner cet arbre 30 par le cardan 32 par l'intermé- diaire .(fig. 12) d'un pignon h engrenant avec une couronne fixe i, dentée intérieurement et monté fou dans une cage 1 calée sur l'arbre 30; ceci permet de munir l'appareil de plusieurs galets 5 par exemple deux galets, actionnant chacun, par un cardan 32, 32a et un pignon h, h1, la cage ± montée sur l'ar- bre 30 ,
Il cnnvient de remarquer que l'appareil peut aussi bien fonctionner dans le cas où les arbres 30 ou a, sont mo- teurs et où l'arbre 1 est récepteur .
L'appareil à vitesse variable décrit aux présentes peut être appliqué à toutes sortes de variations de vitesse, notamment aux appareils de levage, aux voitures automobiles, etc,,.. L'on peut-concevoir que la position des poussoirs 14 ou du cône 38 soit fonotion de la résistance opposée à la rota- tion du ou des arbres récepteurs, suivant une théorie bien con- nue qui a reçu récemment diverses applications . L'appareil sera alors disposé de manière à oe que : plus la résistance offerte à la rotation des arbres récepteurs sera grande, plus l'anneau 9 diminuera de diamètre et inversement, cu plus le oône offrira au galet 5 un diamètre réduit ou augmenté, ce qui aura pour effet de créer un changement de vitesse automatique.
Tel. qu'il est conçu, l'appareil se prête particuliè- rement bien à l'actionnement des véhicules automobiles', soit pour le remplacement du changement de vitesse ordinaire, soit sous forme de deux appareils conformes à l'invention et action- nant chacun l'une des deux roues, par exemple, les roues avant .
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En donnant à l'anneau 9 le diamètre du galet 5 ou du cercle 8, on remplacera l'embrayage habituel des voitures automobiles.
Le système courant de direction pourra, de son cote,, être remplacé par l'action du volant de direction de la voitu- ze sur la variation de diamètre, en sens inverse, des anneaux 9 actionnant les roues ou bien en agissant sur un seul des an- neaux 9 pour faire varier son diamètre ,
Les roues arrière du véhicule seront dans ces deux
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cas ori8nta"bleautomatiquement .