Changement de vitesse. La présente invention a pour objet un changement de vitesse.
On connaît déjà des dispositifs modifica teurs de vitesse dans lesquels un arbre mo teur porte librement un pignon excentré en grenant avec la denture intérieure d'un engre nage à diamètre constant solidaire de l'arbre entraîné.
L'objet de la présente invention est, au contraire, caractérisé par ce qu'au moins un organe rotatif est constitué par un galet, qui est en prise sous l'action. L'organe rotatif peut être entraîné par l'arbre moteur dans un mouvement de roulement contre un an neau dont le diamètre peut, suivant le carac tère que doit avoir le changement de vitesse, soit être modifié .de quantités déterminées successives, soit être modifié de façon pro gressive.
Dans le premier cas, le roulement du ga let entraîné est assuré, soit par adhérence, soit par l'intermédiaire d'une denture. Dans le second cas, il est assuré par adhérence seulement. Un point quelconque du cercle entraîné par l'arbre moteur et roulant sur l'anneau se trouve donc décrire une épicy cloïde ou une hypocycloïde de cercle, suivant que le cercle sera extérieur ou intérieur à l'anneau. Ce mouvement épicycloïdal ou hypocycloïdal est transmis à l'arbre récep teur par tout dispositif approprié tel que: joint de cardan, joint coulissant en trois pièces. ou joint à double tournevis.
Le galet qui est entraîné par l'arbre mo teur peut venir en contact direct avec l'anneau de diamètre variable ou bien peut entraîner à son tour un cercle contre lequel il peut être appliqué énergiquement grâce à une force élastique telle que des ressorts et qui roule contre l'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 va riable, il y a avantage à munir la périphé rie du cercle roulant d'une garniture d'un produit à haute adhérence tel que, par exem ple, celui connu dans le commerce sous le nom de ,,Ferodo".
L'anneau de diamètre variable contre le quel roule le galet ou le cercle intermédiaire peut, par exemple, être constitué par une lame métallique, garnie ou non de substance adhé rente et enroulée en forme d'hélice, de ma nière à former un anneau cylindrique; des poussoirs peuvent être disposés radialement et recevoir des mouvements qui les rappro chent ou les écartent du centre -de l'anneau, de manière à rétrécir ou à laisser s'augmen ter le diamètre de ce dernier.
Si l'anneau en question est constitué par une lame d'acier trempé, formant ressort, l'élasticité de cette lame peut ère suffisante, sans qu'il soit né cessaire de faire intervenir d'autres 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 roulant lorsque le galet ou cercle agit intérieurement à l'an neau.
Il est, en effet, possible de concevoir l'ap pareil soit avec un cercle roulant sur l'exté rieur de l'anneau, le cercle étant alors appuyé vers le centre de l'anneau et les poussoirs qui dilatent ou laissent rapetisser ce cercle 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 pour ront être soit des sortes de pistons radiaux actionnés mécaniquement ou hydraulique- ment, soit des excentriques, lesdits poussoirs étant répartis le long de l'anneau en nombre suffisant, étant donné l'épaisseur de cet an neau, pour que ce dernier conserve pour cha cun de ses diamètres successifs, une forme pratiquement circulaire.
On peut apporter à ce dispositif des mo difications d'ordre secondaire consistant, par exemple: d'une part, à. entraîner directement le cer cle de roulement par l'arbre moteur, en sup- primant le galet excentrique intermédiaire ou en constituant ledit cercle de roulement et le galet par un seul et même organe, à sa voir: un galet qui est entraîné par l'arbre moteur et qui est sollicité 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 variable.
d'autre part, à constituer l'anneau de diamètre variable, soit comme indiqué pré cédemment, soit au moyen d'une surface de révolution dont la position relative par rap port au galet peut être déplacée progressi vement suivant la direction commune à l'axe de figure de cette surface et à l'axe de rota tion du galet, et qui est engendrée par une courbe conçue de telle manière que, dans les diverses positions du galet conique, rempla çant dans ce cas le cercle de roulement,
le sommet du cône dont fait partie ce galet coïncide .dans toutes les positions avec le sommet du cône tangent au point de contact du galet avec ladite surface de révolution. La surface de révolution en question peut être très peu différente d'un cône et, en: consé quence, être, -dans certains, cas, remplacée pratiquement par un cône, la génératrice théorique de cette surface ayant une très fai ble courbure.
En outre, le mouvement peut être pris sur le galet conique de roulement, soit comme cela est décrit ci-dessus pour le cercle de rou lement, soit au moyen d'un arbre à cardans interposé entre le galet conique de roulement et l'arbre récepteur.
De même, un perfectionnement impor tant peut être encore présenté par le dispo sitif.
Il résulte en effet de la théorie du mou vement du galet entraîné comme il est dit ci-dessus, de telle manière qu'il rste en con tact sans glissement avec une circonférence fixe dans l'espace, que le mouvement résul tant est caractérisé par une vitesse:
EMI0002.0053
co étant la vitesse de l'arbre moteur, R le rayon de la circonférence de rayon variable et r le rayon du galet.
On voit que co est toujours de même signe que co' si r .- R, ce qui est une condition absolue pour le cas où le galet est intérieur ou si r @ R pour le cas oii le galet est exté rieur.
Dans ces conditions, la vitesse résultante varie de zéro à.
EMI0003.0006
<U>(R <SEP> Max. <SEP> -</U>r)
<tb> R <SEP> max. mais on peut prendre des valeurs de signe contraire -à. a) lorsque le galet est intérieur, ou de même signe que co lorsque le galet est exté rieur.
En commandant la pièce à surface sensi blement conique destinée à procurer les cir conférences à rayon variable de telle manière qu'elle soit animée d'un mouvement de rota tion à vitesse constante - S2, la vitesse du mouvement résultant est
EMI0003.0010
<I><U>w <SEP> (R <SEP> - <SEP> r)</U></I> c'est-à-dire que pratiquement co' pourra varier entre les timites
EMI0003.0015
et <SEP> <I>w'= <SEP> - <SEP> d2</I> <SEP> <B>+</B><I><U>oi</U></I><U> <SEP> (R <SEP> max. <SEP> <I>- <SEP> r)</I></U>
<tb> R <SEP> max.
<SEP> ' permettant ainsi toutes les vitesses comprises entre une vitesse négative et une vitesse posi tive données et ceci avec la même progres sion que dans le dispositif décrit ci-dessus.
De plus, le changement de vitesse constitue un asservissement rigoureux de l'arbre mené à l'arbre moteur et il est un frein énergi que s'opposant à une modification des con- ditions du mouvement telles qu'elles r6sul- tent des formules ci-dessus. En particulier, lorsque co' = 0, l'arbre mené est rigoureuse ment freiné et maintenu au repos.
Le dispositif pour- changement de vitesse comporte au moins un organe rotatif de posi tion variable par rapport à un arbre sur le quel il est monté et qui roule au contact d'un anneau relié à un autre arbre; au moins un organe rotatif ayant la forme d'un corps de révolution est en prise sous l'action d'une force élastique avec un anneau dont le dia mètre est variable, ce corps de révolution re cevant ainsi un mouvement de roulement qui est transmis à un arbre récepteur par un joint universel.
Comme l'excentrement du galet et de son axe, par rapport à l'arbre moteur, entraîne des efforts dus à la force centrifuge, il est avantageux, en pratique, de prévoir un dis positif de compensation grâce auquel pour tout déplacementdel 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 contrepoids qui, ac tionné 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 rotation, d'une .distance calculée d'après la masse de l'ensemble excentré et d'après celle qu'on peut donner au déplace ment du contrepoids.
Le déplacement longitudinal du cône peut être effectué -de toute manière appropriée, ce déplacement étant, bien entendu, susceptible d'être commandé à -distance.
Enfin, au besoin, pour éviter le glisse ment entre le galet conique et le cône, on peut munir la périphérie du galet d'una garniture adhérente constituée, par exemple, par un produit 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 obtenir une vi tesse nulle ou une rotation inverse de l'ar bre récepteur.
Le -dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, diverses formes d'exécution de l'objet -de l'invention.
Dans ce dessin: Fig. 1 est une vue schématique de la construction de l'appareil; Fig. 2 est une vue analogue d'une va riante;
Fig. 3 est une coupe transversale par A--A de fig. 4 d'une forme de construction d'un changement de vitesse progressif con forme à. l'invention.; Fig. 4 est une coupe diamétrale par B-B de l'-appareil représenté par fi-. 3; Fig. 5 est une vue de face du joint ser vant à transmettre le mouvement -du cercle roulant aux arbres récepteurs;
Fig. 6 est une coupe longitudinale d'une autre variante; Fig. 7 en est une coupe transversale par C--C <B>de</B> fi-.<B>6;</B> 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 position des organes; Fig. 10 est une coupe longitudinale sché matique 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'entraînement de l'ar bre 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. Des ressorts 7 tendent à appliquer le galet 5 con tre l'intérieur de l'anneau 9. Les vitesses va riables sont prélevées sur l'axe 4 du galet 5, par exemple au moyen d'un arbre à car dans 31, 32, 33, aboutissant à l'arbre récep teur 29, 30, -ou bien au moyen des organes décrits plus loin.
En fig. 2, on retrouve les mêmes éléments, mais ici le galet 5, au lieu -de rouler à l'inté rieur de l'anneau 9, applique 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'arbre moteur tourne dans le sens -de la flèche F, le galet 5, dans le premier cas, tourne dans le sens de la flèche Fz 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 rou lant dans le sens de la flèche Fs.
Si B est le rayon de l'anneau 9 et r le rayon du galet 5 ou du cercle 8, et si co est la vitesse de rotation de l'arbre moteur 1, la vitesse de rotation co' du galet 5 ou du cer cle 8 autour de leur centre sera:
EMI0004.0054
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 du galet ou du cercle décrit une hypocycloïde de cercle.
On conçoit que, si l'on fait varier le rayon B de l'anneau 9, le rayon r restant constant, on pourra pour une même vitesse de rotation co' de l'arbre moteur, obtenir autant .de vi tesses différentes qu'il y a de rayons diffP- rentsdans l'anneau 9, entre la dimension r pour laquelle l'anneau 9 épouserait exacte ment la périphérie du galet 5 ou du cercle 8 et le rayon maximum qu'il est possible île donner à l'anneau 9.
On reçonnait 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'in térieur duquel roule le cercle 8. Les ressorts 7 interposés entre le fond des glissières 11 et le tourillon 4 du galet n'ont pas été repré sentés pour plus de clarté.
Le cercle roulant 8 est représenté muni d'une ,garniture de friction 12, qui sera, par exemple, du "Ferodo".
'D'anneau 9 est, ainsi qu'on le voit à la fig. 4, formé par une lame d'acier trempé roulée en hélice avec des 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 diminuera ou on augmentera le rayon de l'anneau 9. On diminuera ainsi, ou on augmentera le chemin qu'aura à par courir en roulant le cercle 8 dans l'anneau 9 pour un tour de l'arbre moteur 1, faisant ainsi varier progressivement 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 cercle 8.
Le cercle 8 comporte deux bossages 19 qui pénètrent (fig. 4 et 5) dans .deux glis sières 20 portées par un disque 21 muni d'une ouverture centrale 22 dans laquelle passe li brement 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 ma nière à pouvoir tourner sur une douille 26 concentriquement à l'arbre moteur 1.
L'anneau 21 et le plateau 2-5 forment, eu combinaison avec les bossages 19 et 23, un joint à, double tournevis qui permet au cercle 8 d'entraîner dans son mouvement de rota tion autour de son centre 10, le plateau 25 qui tourne autour de l'axe 2. L'arbre récep teur peut être entraîné directement par 'le plateau 25 ou bien, comme cela est représenté à la fi-. 4, être muni d'un pignon 2 7 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, unique ment un certain nombre de rayons différents. Dans ce cas, on pourrait munir extérieure ment le cercle 8 d'une denture qui viendrait en prise avec -des dents correspondantes por tées par les spires de l'anneau 9. Entre chaque vitesse, il faudrait dégager la denture du cer cle 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 rap port à l'autre.
Ceci serait, par exemple, ob- tenu par un écrasement des ressorts 7, ac compagné d'un rapprochement concomitant du cercle 8 vers le centre 2 d'une quantité suffisante pour que les dentures se dégagent les unes des autres. Une fois l'anneau 9 amené au diamètre inférieur ou supérieur dé siré, on laisserait les ressorts 7 se détendre de manière à remettre en prise la denture du cercle 8 avec celle de l'anneau 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 nécessaire de dégager la denture du cercle 8 de celle de l'anneau 9, les variations de diamètre de l'anneau 9 pou vant alors être réalisées pendant que le cer cle 8 ne roule pas sur le joint de l'anneau 9.
Dans la variante représentée aux fi-. 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 la quelle peut se déplacer, perpendiculairement à l'arbre 1, une pièce analogue 35 solidaire d'un axe 36 susceptible de tourner librement, 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'arbre fà cardans 31, 32, 33. Dans la posi tion représentée en fig. 6, le galet 5 est en con tact, par une garniture adhérente 12, avec toutes les génératrices d'un cône évidé 38, de même ouverture et de mêlne axe que la partie conique .du galet. Ce cône 38 peut être dé placé dans le sens @de son axe et, à cet effet, il peut être muni de brides coulissant dans une glissière, 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 inférieure, d'une autre butée 42 entre lesquelles se trouve 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, ce glissement ne peut se produire puisque le galet 5, solidaire<B>-de</B> la pièce 35, est en contact par toutes ses génératrices avec le cône 38. Dans ce cas, l'arbre moteur 1 tourne librement dans le roulement à billes 37. Si l'on suppose maintenant ce cône 38 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 génératrices, avec l'intérieur du cône 3:8, 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'arbre mo teur 1 produira le roulement du galet 5 à l'in térieur de ce cône, comme dans la fig. 1, le galet 5 roule .à l'intérieur -du cercle 9. La vi tesse -de rotation du galet 5 autour de son axe dépend du rayon moyen de la portion tron conique du cône 38 touchée par le galet 5.
En effet, si on appelle P ce rayon moyen et r le rayon moyen du galet conique et si co est la vitesse de rotation de l'arbre moteur 1, la vitesse de rotation co' -du galet 5 autour de son axe est:
EMI0006.0011
d'où il résulte, r étant constant, que-si l'on déplace le cône 38 vers la droite, ù partir de la position de fig. 6 pour laquelle R =<I>r,</I> 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 et 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 déplace ment de la pièce 35 dans la glissière 34 en traîne un déplacement de la masse de l'ensem ble galet-pièce 35 par rapport à l'axe 1. Pour compenser le moment ainsi créé, on a prévu un contrepoids 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'ef fectuer au moyen d'un levier 44 articulé en un point 45 sur la glissière 34 et dont les ex trémités sont couplées respectivement à un goujon 46 de la pièce 35 et au contrepoinds 43. Cette disposition entraîne, lorsque la pièce 35 glisse par rapport à la glissière 34, un dé placement en sens inverse du contrepoids 43 qui vient ainsi, par sa masse wnvenable- ment choisie, compenser le déplacement de la masse du galet par rapport à l'axe de rota tion.
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 mo teur 1, de même les fig. 11 et 12.
Dans ce cas, le mouvement résultant est pris sur un axe a à la sortie d'un train plané taire constitué (fig. 10 et 11) par une cou ronne b, dentée intérieurement et extérieure ment, dont le mouvement de rotation est com mandé par le galet conique 5, .à vitesse va riable, au moyen d'un pignon c fixé sur l'arbre 30, tandis que le pignon planétaire d monté librement sur son axe est commandé à vitesse constante par l'arbre moteur 1 par l'intermédiaire de roues dentées<I>e</I> et f et d'un arbre g. L'entraînement @de l'arbre a par le pignon d est réalisé par le bras de levier ré sultant de l'excentricité de l'axe dudit pi gnon.
Le mouvement résultant pris sur a coi ainsi maximum quand la couronne b du train planétaire a sa vitesse minima. Il est nul lors que la vitesse de rotation de la couronne b est égale et de sens contraire à celle du pi gnon d ù vitesse constante, hypothèse faite que les pignons e <I>et</I> f sont de même diamètre.
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 @dimension- ner les diverses roues dentées, la couronne de l'engrenage planétaire et les pignons de l'appareil, de manière que la vitesse de l'ar bre a se trouve nulle pour une position du galet conique à vitesse variable située en un point intermédiaire entre les :deux extrémités du cône 318.
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'au tre côté de cette position intermédiaire don- sera, pour l'arbre a, un sens de rotation in verse de celui de l'arbre moteur.
On a représenté ici un train planétaire avec pignon satellite d engrenant sur la cou ronne b et sur le pignon f ; on pourrait sup primer le pignon f et monter le pignon d sur un excentrique calé sur l'arbre g à la place du pignon<I>f ;</I> le pignon<I>d</I> serait alors entraîné par l'excentrique et roulerait sur la denture intérieure de la couronne b; son mouvement de rotation serait transmis à l'ar bre a au moyen d'un arbre de cardan.
De même, au lieu que l'arbre à cardan 32 actionne directement l'arbre 30, on pour rait faire actionner cet arbre 30 par le car dan 32 par l'intermédiaire (fig. 12) d'un pi gnon h engrenant avec une couronne fixe ï, dentée intérieurement et montée librement dans une cage j 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, P, la cage j montée sur l'arbre 30.
Il convient de remarquer que l'appareil peut aussi bien fonctionner dans le cas où les arbres 30 ou a sont moteurs et où l'arbre I est récepteur.
Les appareils à vitesse variable décrits peuvent être appliqués à toutes sortes de va riations 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 fonction de la résis tance opposée .à la rotation du ou des arbres récepteurs. L'appareil sera alors disposé de manière à ce que: plus la résistance offerte à la rotation .des arbres récepteurs sera grande, plus l'anneau 9 diminuera de diamètre et in versement, ou plus le cône 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 par ticulièrement bien à l'actionnement des v6bi- cules automobiles, soit pour le remplacement du changement de vitesse ordinaire, soit sous forme de deux appareils conformes à l'inven tion et actionnant chacun l'une des deux roues, par exemple les roues avant. En don nant là l'anneau 9 le diamètre du galet 5 ou du cercle 8, on remplacera l'embrayage ha bituel des voitures automobiles.
L'arbre courant de direction pourra, de son côté, être remplacé par l'action du volant de direction de la voiture sur la variation de diamètre, en sens inverse, des anneaux 9 ac tionnant les roues ou bien en agissant sur un seul des anneaux 9 pour faire varier son diamètre.
Les roues arrière du véhicule seront dans ces deux cas orientables automatiquement.