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APPAREIL VARIATEUR PROGRESSIF DE VITESSE @ La présente invention concerne les appareils utilisés pour transformer la vitesse de rotation d'un arbre moteur en une vitesse différente, progressivement variable, appliquée à un organe entraîné.
Elle a pour but de procurer un appareil pouvant être utilisé'comme réducteur de vitesse, ou plus spécialement employé dans un "changement de vitesse" susceptible de réa- liser, progressivement et insensiblement, toutes les vites- ses comprises entre le démarrage à vitesse nulle et la vites= se maximum prévue, au plus égale ou sous-multiple de celle de l'arbre moteur, et cela sans devoir recourir à des cour- roies ni à des chaînes, pignons dentés, coniques, balladeurs ou satellites, comme c'est généralement le cas.
Dans ce but, l'appareil, objet de l'invention, est caractérisé par une ou plusieurs cames en coeur entras- nées directement par l'arbre moteur et coulissant perpendi- culairement sur ce dernier, de manière à obtenir une course progressivement variable de zéro au maximum prévu.
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Cette course variable est commandée par une broche coulissant librement à l'intérieur de l'arbre moteur, qui est creux, et commandée àe l'extérieur, la dite broche portant deux méplats et deux rampes symétriques entraînant deux tenons, solidaires de la came en coeur correspondante.
Là où les dites cames en coeur tournent sans jeu entre deux galets, solidaires d'un cadre rigide, guidé et coulissant entre deux glissières fixes faisant partie du carter étanche enfermant tout le méoanisme.
Ce cadre entraine alternativement, à l'aide de deux crémaillères (par came en coeur) et de deux pignons fous, l'arbre commandé, muni en conséquence de deux dispositifs " à roue libre " par galets de coincement, de telle manière qu'il soit toujours entraîné dans le même sens de façon cone tinue, et ce, d'une vitesse de rotation proportionnelle exac- tement à la course alternative imprimée au cadre par la came en coeur correspondante.
Les dessins ci-joints montrent un exemple typique d'appareil construit suivant l'invention.
La figure 1 représente l'appareil en coupe longi- tudinale suivant l'axe.
La figure 2 une coupe transversale suivant l'axe de l'arbre moteur et d'une came en coeur.
La figure 3 une coupe transversale suivant l'axe de l'arbre commandé et des crémaillères et pignons, fonction- nant en roues libres.
La figure 4 montre le tracé d'une came en coeur spéciale, dont le profil est arrondi pour favoriser le fonction nement à grande vitesse de rotation de l'appareil.
La figure 5 montre le tracé d'un système d'entrai- nement par billes ou rouleaux de coincement, à droite et à gauche suivant le sens de commande des crémaillères.
La figure 6 représente un système d'entraînement
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par cames de coincement oscillantes, orientées à droite ou à gauche suivant le sens de commande des crémaillères.
Enfin, les figures 7, 8 et 9 représentent des formes de réalisations de l'appareil à deux, trois ou quatre cames en coeur, suivant la puissance à transmettre ou le degré de régularité dans la continuité du mouvement à obte nir.
L'appareil élémentaire à une seule came en coeur se compose donc d'un bâti, formant boite ou carter étanche 1, fermé hermétiquement par un couvercle 2, portant l'un et l'autre des glissières 3, dans lesquelles coulisse sans jeu un cadre rigide 4, comportant d'une part deux galets fixes 5, montés sur billes, rouleaux ou aiguilles, entre lesquels tourne, sans Jeuy la came en coeur 6 montée sur l'arbre de commande 7, d'autre part les crémaillères 8 et 9 engrenant avec les pignons fous 10 et 11, tournant autour de l'arbre commandé 12.
Entre les deux pignons 10 et 11, formant boite, un renflement de l'arbre 12 porte deux ou plusieurs rampes 13, en nombre pair de préférence, sur lesquelles peuvent se déplacer des billes ou rouleaux 14, constamment repoussés par des ressorts 15, et toujours orientées de telle manière que la rotation des pignons,entraînés alternativement de droite à gauche et de gauche à droite, ou inversement, en- traînera toujours l'arbre commandé par coincement dans un même sens de rotation, déterminé à l'avance, d'un mouvement uniforme et pratiquement continu.
Par exemple, si nous admettons que l'arbre mo- teur ou de commande 7 tourne à droite, dans le sens indiqué par la flèche (Fig.l), et qu'il entraîne le pignon de droite 10 par la crémaillère inférieure de droite 8, et le pignon de gauche 11 par la crémaillère supérieure de gauche 9, tou- tes les rampes 13 dans les deux pignons 10 et 11 seront o- rientées vers la droite suivant le tracé plein du dessin,
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pour entraîner par coincement l'arbre commandé 12 dans le sens de rotation à droite, suivant la flèche indicatrice des Figu- res 1, 5 et 7.
Pour entraîner l'arbre commandé 12 dans le sens de rotation à gauche, l'arbre moteur ou de commande tournant toujours à droite, il suffirait d'inverser de droite à gauche le sens d'orientation de toutes les rampes 13 suivant le tracé en pointillé de ces rampes dans les Figures 1 et 5.
Comme variante de réalisation pour l'obtention du même résultat, les billes ou rouleaux 14 et les rampes 13 peuvent être remplacés par des cames oscillantes 16, constam- ment repoussées dans un sens déterminé qui est celui de rota- tion par des ressorts 17, et comportant des rampes de coincer ment 18 convenablement orientées, comme dans le cas précédent suivant le sens de rotation désiré de l'arbre commandé.
La variabilité progressive du nombre de tours de l'arbre commandé s'obtient de la manière suivante :
L'arbre moteur 7 est creux et renferme une broche coulissante 19 comportant deux méplats et deux rampes symé- triques 20, en forme de rainures dans lesquelles peuvent cou- lisser sans jeu deux tenons 21, solidaires d'une même came en coeur 6.
Le déplacement longitudinal de la broche 19 pro- voque ainsi positivement à volonté le déplacement transversal, perpendiculairement à l'axe de l'arbre moteur 7, de la came en coeur 6, depuis le centrage à zéro provoquant une course nulle des crémaillères 8 et 9, jusqu'à l'exoentrage maximum de la came en coeur 6 provoquant la course maximum des dites crémaillères 8 et 9.
La broche 19 peut être commandée de l'extérieur à l'aide d'une bague solidaire 22, d'un levier à fourche 23 ar- ticulé sur un support 24 solidaire du carter 1, par une trin- gle 25 reliée à un levier, à une manette ou pédale de change- ment de vitesse sur une automobile ou sur toute machine ou
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appareil tributaires d'une vitesse variable à tout instant et instantanément, cette manoeuvre pouvant facilement être rendue automatique en liaison convenable avec tout organe en mouvement de l'appareil commande, ou avec un servo-moteur mécanique, hydraulique ou électrique approprié.
Une pièce 26 (Fig.4) formant pont, rapportée sur la came en coeur, assure le franchissement correct des galets 5 par dessus la mortaise d'entraînement de la dite came.
Une même broche 19 peut commander à volonté deux, trois et quatre cames en coeur, disposées par exemple suivant les Figures 7, 8 et 9.
Dans le cas de deux cames opposées à 180 (Fig.7) la broche comportera deux méplats et quatre rainures symétri- ques et inversées deux à deux.
Dans le cas de trois cames à 120 Fig.8, la bro- che sera hexagonale et comportera -six rainures symétriques et convenablement disposées deux à deux.
Dans le cas de quatre cames opposées deux à deux à 180 et disposées à 90 les unes des autres, fig.9, la bro- che sera carrée et comportera huit rainures symétriques et convenablement disposées deux à deux.
Un plus grand nombre, toujours pair de préférence, de cames en coeur, six, huit... etc..., se rapportera toujours ensuite à l'un des exemples précédents.
Dès lors le fonctionnement d'un tel appareil "VARIATEUR DE VITESSE" se comprend aisément et s'explique de là manière suivante :
L'arbre moteur 7 tournant de manière continue, entraîné soit directement par un moteur électrique, soit par engrenages ou par courroie, et la ou les cames en coeur 6 "centrées" en course nulle autour de cet arbre, la broche 19 étant ramenée à fond vers la droite (Fig.2) le cadre 4 ne recevra des galets 5 qu'un mouvement alternatif insignifiant provenant uniquement de la forme non parfaitement circulaire
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de la came 6 et d'un effet pratiquement nul sur l'entraîne- ment de l'arbre commandé 12.
Au fur et à mesure que nous repousserons la broche 19 vers la gauche, nous augnenterons ainsi progressi- vement, et aussi lentement que nous le voudrons, l'excentra- ge de la came 6 et, conséquemment, l'amplitude de la course alternative du cadre 4.
Ce dernier, à l'aide de ses crémaillères 8 et 9, entraînera les pignons fous 10 et 11 d'un mouvement rotatif, mais alternatif, d'une amplitude angulaire cette fois, pro- portionnelle à la course imprimée au cadre 4 par la came 6.
Les pignons fous 10 et 11, à leur tour, entrai- neront l'arbre commandé 12, mais dans un seul sens seulement, par coincement des billes ou rouleaux 14 repoussés par les ressorts 15 sur les rampes 13 solidaires de l'arbre 12, ces billes ou rouleaux se dégageant automatiquement dans le mou- vement de retour du pignon fou correspondant.
Le même résultat pouvant être obtenu exactement de la même façon par les cames oscillantes 16 en remplace- ment des billes ou rouleaux 14.
Les crémaillères 8 et 9 agissant alternativement en haut et en bas des pignons fous 10 et 11, et ce, sans aucune interruption, il s'en suit que, même avec une seule came et un seul cadre, le'mouvement d'entraînement rotatif de l'arbre 12 est rigoureusement continu.
Sa régularité cyclique résulte du profil de la came en coeur, qui assume le mouvement uniforme contraire- ment à celui de l'excentrique circulaire, couramment employé, et qui est sinusoïdal, donc donnant un mouvement circulaire "saccadé".
Sa variation progressive est douce et insensible, étant produite par une rampe de faible inclinaison et à lon- gue course.
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Quant à la vitesse de rotation engendrée de l'ar- bre entraîné, elle est fonction directe du rapport entre la course des crémaillères et le diamètre primitf des pignons fous.
Ainsi que nous l'avons vu, elle part d'une valeur nulle, faculté précieuse pour démarrer avec précaution, et précision des charges fragiles ou considérables, et sa valeur maximum peut atteindre au plus directement celle de l'arbre moteur.
Une vitesse transmise plus grande sera alors ob- tenue par un rapport convenable d'engrenages ou de poulies de transmission en dehors du variateur.
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The present invention relates to devices used to transform the speed of rotation of a motor shaft into a different speed, progressively variable, applied to a driven member.
Its aim is to provide an apparatus which can be used as a speed reducer, or more especially employed in a "speed change" capable of achieving, gradually and imperceptibly, all the speeds between starting at zero speed and the maximum speed expected, at most equal or sub-multiple of that of the motor shaft, and this without having to resort to belts or chains, toothed, bevel, balladeurs or planet gears, like this is generally the case.
For this purpose, the apparatus, object of the invention, is characterized by one or more heart-shaped cams driven directly by the motor shaft and sliding perpendicularly on the latter, so as to obtain a progressively variable stroke of zero to the maximum expected.
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This variable stroke is controlled by a spindle sliding freely inside the motor shaft, which is hollow, and controlled externally, the said spindle carrying two flats and two symmetrical ramps driving two tenons, integral with the cam in corresponding heart.
Where the said heart-shaped cams rotate without play between two rollers, integral with a rigid frame, guided and sliding between two fixed slides forming part of the sealed casing enclosing all the mechanism.
This frame drives alternately, using two racks (by cam in heart) and two idler pinions, the controlled shaft, provided accordingly with two "freewheel" devices by jamming rollers, so that ' it is always driven in the same direction in a continuous manner, and this, at a speed of rotation proportional exactly to the reciprocating stroke imparted to the frame by the corresponding heart cam.
The accompanying drawings show a typical example of an apparatus constructed according to the invention.
Figure 1 shows the apparatus in longitudinal section along the axis.
FIG. 2 is a cross section along the axis of the motor shaft and of a heart cam.
FIG. 3 is a cross section along the axis of the controlled shaft and of the racks and pinions, operating in free wheels.
FIG. 4 shows the outline of a special heart-shaped cam, the profile of which is rounded to promote operation at high rotational speed of the apparatus.
FIG. 5 shows the layout of a drive system by jamming balls or rollers, to the right and to the left according to the direction of control of the racks.
Figure 6 shows a drive system
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by oscillating wedging cams, oriented to the right or to the left depending on the direction of control of the racks.
Finally, FIGS. 7, 8 and 9 show embodiments of the device with two, three or four cams in the heart, depending on the power to be transmitted or the degree of regularity in the continuity of the movement to be obtained.
The elementary device with a single heart-shaped cam therefore consists of a frame, forming a sealed box or casing 1, hermetically sealed by a cover 2, both carrying slides 3, in which a rigid frame 4, comprising on the one hand two fixed rollers 5, mounted on balls, rollers or needles, between which the heart-shaped cam 6 mounted on the control shaft 7 rotates, without Jeuy, on the other hand the racks 8 and 9 meshing with idle gears 10 and 11, rotating around the driven shaft 12.
Between the two pinions 10 and 11, forming a box, a bulge of the shaft 12 carries two or more ramps 13, preferably in even numbers, on which balls or rollers 14 can move, constantly pushed back by springs 15, and always oriented in such a way that the rotation of the pinions, driven alternately from right to left and from left to right, or vice versa, will always drive the shaft controlled by jamming in the same direction of rotation, determined in advance, d 'uniform and practically continuous movement.
For example, if we assume that the motor or control shaft 7 turns to the right, in the direction indicated by the arrow (Fig.l), and that it drives the right pinion 10 through the lower right rack 8, and the left pinion 11 by the upper left rack 9, all the ramps 13 in the two pinions 10 and 11 will be oriented to the right following the solid line in the drawing,
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to drive the controlled shaft 12 by wedging in the direction of rotation to the right, according to the indicator arrow in Figures 1, 5 and 7.
To drive the controlled shaft 12 in the direction of rotation to the left, the motor or control shaft always rotating to the right, it would suffice to reverse from right to left the direction of orientation of all the ramps 13 following the outline in dotted lines of these ramps in Figures 1 and 5.
As an alternative embodiment for obtaining the same result, the balls or rollers 14 and the ramps 13 can be replaced by oscillating cams 16, constantly pushed back in a determined direction which is that of rotation by the springs 17, and comprising suitably oriented jamming ramps 18, as in the previous case, depending on the desired direction of rotation of the controlled shaft.
The progressive variability of the number of revolutions of the controlled shaft is obtained as follows:
The motor shaft 7 is hollow and contains a sliding spindle 19 comprising two flats and two symmetrical ramps 20, in the form of grooves in which two tenons 21, integral with the same heart-shaped cam 6, can slide without play.
The longitudinal displacement of the spindle 19 thus positively causes at will the transverse displacement, perpendicular to the axis of the motor shaft 7, of the heart cam 6, from the zero centering causing zero travel of the racks 8 and 9, until the maximum offset of the heart cam 6 causing the maximum stroke of said racks 8 and 9.
The spindle 19 can be controlled from the outside by means of an integral ring 22, a fork lever 23 hinged on a support 24 integral with the housing 1, by a link 25 connected to a lever. , to a gearshift lever or pedal on an automobile or on any machine or
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device dependent on a variable speed at any instant and instantaneously, this maneuver can easily be made automatic in suitable connection with any moving member of the control device, or with an appropriate mechanical, hydraulic or electric servomotor.
A part 26 (Fig.4) forming a bridge, attached to the heart-shaped cam, ensures correct crossing of the rollers 5 over the drive mortise of said cam.
The same spindle 19 can control at will two, three and four cams in heart, arranged for example according to Figures 7, 8 and 9.
In the case of two cams opposite 180 (Fig. 7) the spindle will have two flats and four symmetrical grooves and inverted two by two.
In the case of three cams at 120 Fig.8, the spindle will be hexagonal and will have six symmetrical grooves and suitably arranged two by two.
In the case of four cams opposite two by two at 180 and arranged at 90 from each other, fig.9, the spindle will be square and will have eight symmetrical grooves and suitably arranged two by two.
A greater number, always even preferably, of cams in heart, six, eight ... etc ..., will always then relate to one of the preceding examples.
Therefore, the operation of such a "SPEED VARIATOR" device is easily understood and explained as follows:
The motor shaft 7 rotating continuously, driven either directly by an electric motor, or by gears or by a belt, and the heart-shaped cam (s) 6 "centered" in zero stroke around this shaft, the spindle 19 being returned to bottom to the right (Fig. 2) the frame 4 will receive from the rollers 5 only an insignificant reciprocating movement coming only from the not perfectly circular shape
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cam 6 and practically no effect on the drive of the controlled shaft 12.
As we push pin 19 back to the left, we will thus gradually increase, and as slowly as we want, the offset of cam 6 and, consequently, the amplitude of the reciprocating stroke. of frame 4.
The latter, using its racks 8 and 9, will drive the idler gears 10 and 11 in a rotary movement, but reciprocating, of an angular amplitude this time, proportional to the stroke printed on frame 4 by the cam 6.
The idler gears 10 and 11, in turn, will drive the controlled shaft 12, but in one direction only, by jamming the balls or rollers 14 pushed back by the springs 15 on the ramps 13 integral with the shaft 12, these balls or rollers disengage automatically in the return movement of the corresponding idler gear.
The same result can be obtained in exactly the same way by the oscillating cams 16 by replacing the balls or rollers 14.
The racks 8 and 9 acting alternately at the top and bottom of the idler pinions 10 and 11 without any interruption, it follows that, even with a single cam and a single frame, the rotary drive movement of the shaft 12 is strictly continuous.
Its cyclic regularity results from the profile of the heart-shaped cam, which assumes the uniform movement contrary to that of the circular eccentric, commonly used, and which is sinusoidal, therefore giving a "jerky" circular movement.
Its gradual variation is smooth and insensitive, being produced by a low-slope, long-stroke ramp.
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As for the speed of rotation generated by the driven shaft, it is a direct function of the ratio between the stroke of the racks and the original diameter of the idler pinions.
As we have seen, it starts from a zero value, a precious ability to start with precaution, and precision for fragile or considerable loads, and its maximum value can reach as directly as possible that of the motor shaft.
A higher transmitted speed will then be obtained by a suitable ratio of gears or transmission pulleys outside the variator.