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MECANISME A FRICTION FONCTIONNANT COMME CHANGEMENT DE VI- TESSES.
Il est connu d'utiliser comme changement ou ré- ducteur de vitesse des mécanismes à friction basés sur l'em- ploi de billes,et certains démultiplioateurs adaptés à des' condensateurs variables employés en T.S.F. en constituent des applications intéressantes.
Mais jusqu'ioi les billes de ces divers méoanis- mes roulent entre deux surfaces planes, ou entre deux surfaces circulaires sur chacune desquelles elles n'ont qu'UN point d' appui et ne décrivent sur ohaounes d'elles,en roulant,qu' UNE ligne.C'est à dire, (en considérant la figure I du dessin annexé à ce mémoire), qu'une bille telle que A ne rencontre chacune des surfaces planes XY et VW qu'en UN seul point a et a',et les circonférences paroourues en cas de roulement sont égales à, D,-D' étant le diamètre de la bille A.Cette bille,interposée entre deux surfaces sur chacune desquelles elle n'a qu'un point de contact,et dont l'une est f ixe et 1' autre mobile,est entrainée par cette dernière et paroourera,
en roulant la moitié du trajet parcouru par la surface mobi- le,(vitesse différentielle connue. )
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Mais I si l'on fait rouler la même bille A non plus sur une surface plane(unie) telle que XY,mais dans uen gorge,ou entre deux règles dont on peut écarter ou rappro- oher les bords de contact de la bille,on constata que l'on peut faire parcourir à cette bille un semé chemin ce', des vi- tesses de rotation variées suivant que cette gorge est plus ou moins large.
Ainsi revenant à la fig.I.,la bille A,rencontrant la gorge B en deux points b et b',ou la gorge C, en c et c', décrira des circonférences égales à D'ou D''.La variation de la vitesse de la bille est donc fonction de la distance comprise entr ltaxe de la bille et le plan passant par les points de contact b et b',ou c et c',avec cette conséquence même que si ces points se trouvent à l'extrémité d'un axe de la bille tel que F F',celle-ci tournera sur elle-même autour de cet axe,mais ne se déplacera plus,
Donc entre le roulement de la bille sur sa périphérie et sa rotation sur un de ses axes,on peut imaginer tous les roulements et toutes les rotations intermédiaires,suivant que ses points d'appui seront plus ou mains près.de son plan médian horizontal.
(Fig.I) 2 Si l'on place cette bille entre deux surfaces dont 1' une est fixe et l'autre mobile et si la gorge B est creusée dans la surface de contact fixe alors que la surface mobile est plane,on constate que la bille se déplacera d'autant plus lentement par rapport au déplacement de la surface mo- bile qui sollicite son avancement,que la gorge est plus lar- ge;et pour parcourir un même chemin,elle devra pivoter sur elle-même un nombre de foi5 d'autant plus grand que la gorge est plus large.
3 Par contre si la surface fixe est plane et la gorge B creusée dans la surface mobile, on constate que la vitesse de la bille augmentera en fonction de la largeur de la gorge, et elle atteindra la vitesse de la surface mobile(mais ne
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dépassera toutefois pas cette vitesse),lorsque les points"b et b'se trouveront à l'extrémité d'un même diamètre (ou dans un des axes) de la bille.
4 ,Si les deux surfaces ( fixe et mobile) ont toutes los deux dos gorges dont on peut alternativement et diff8rem- ment écarter ou rapprocher à volonté les points de contact des billes aux bords de ces gorges,on pourra obtenir toute la gamme des vitesses de 0 jusqu'à la vitesse de la surface mobile.
5 .Si,comme dans les butées à billes,l'on place dans une "cage" ces billes interposées entre deux surfaces dont 1' une est mobile et l'autre fixe, et si l'on munit cette cage de rayons que l'on peut accoupler à un axe, on pourra consti- tuer un équipage mobile permettant d'utiliser les déplacement des billes.Ces billes entraineront en effet l'équipage mobile (qui deviendra somme toute une troisième surface...entraînée) et transmettront à l'axe,suivant des vitesses plus ou moins démultipliées, le travail fourni par la surface mobile entrainant les billes.
6 .Si on libère la surface fixe et si l'on cale ( fixe ou bloque )l'équipage mobile,de manière que l'équipage préoé- demment mobile devienne fixe et que la surface précédemment fixe devienne mobile, nous obtenons le renversement de la mar- che,la marche arrière de la surface précédemment fixe.
7 .Si au contraire au lieu d'être bloqué l'équipage mo- bile devient organe moteur ( surface motrice ), les deux au- tres surfaces seront entrainées et les billes rempliront le même office que des satellites d'un différentiel de voiture automobile.
Ceci établi,il résulte qu'en se basant sur les considéra- tions précédentes, on peut concevoir des changements de vitesse a) à vitesse démultipliée fixe b),à vitesse progressives al- lant de 0 à la prise directe,c),en marche avant et en marche renversée- arrière.Dans les trois cas ces effets sont obte-
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nus en utilisant comme organes de démultiplication,d'embrayage et de mouvement différentiel des billes insérées dans un é- quipage mobile et interposées entre une surface d'appui fixe et une surface mobile, qui transmet un mouvement de rotation et de déplacement à ces billes, lesquelles,tout en pivotant sur elles-mêmes,peuvent aussi rouler sur les bords,formant sé- cantes,d'une gorge prévue dans l'une des surfaces de contact,
ou de deux gorges prévues dans chacune de deux surfaces de contact,et dont la largeur sera calculée d'après la vitesse ou la démultiplication qu'on voudra obtenir,
A titre d'exemple,le dessin annexé montre les deux cas d'application de changement de vitesses,soit fig.2 et 3 - 4 et 5 deux dispositifs de démultiplication pour cadrans de con- densateurs variables de T.S.F.,et en Fig.6 à 9 un changement de vitesse applicable aux automobiles,aux machines-outils et en général dans tous les cas ou un arbre moteur doit transmet- tre à un arbre récepteur une vitesse variable,Dans ce dessin,.
Fig.2 et 4 sont des coupes verticales dans les dispositifs de démultiplication pour condensateurs,et Fig.3 et 5, une coupe respectivement par DO',PP';Fig.6 et 7 sont deux coupes dans le mécanisme de changement de vitesses dans les deux positions ex- trêmes de l'équipage mobile,les Fig.8 et 9 sont des vues de l'équipage mobile en coupe et en plan.
Fig.2 et 3.A le flasque d'un stator de condensateur est fixée une cuvette I présentant une gorge 2 sur les bords de la- quelle peuvent circuler des billes 6,Sur celles-ci presse un disque mobile 4, influencé par un ressort 5 enroulé par exem- ple autour de la douille 6 prolongeant centralement la cuvet- te I.Oes billes 3 sont insérées librement dans une pièce à al- véoles ou échancrures radiales,formant équipage mobile.L'axe 8 du condensateur traverse la cuvette I et pénètre dans la douil- le 8,
dont la base est découpée de manière à former une butée 9 destinée à limiter à une amplitude de 180 la rotation d'une bague 10 venue avec la pièce 7 et dans laquelle se fixe au
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moyen de la vis d'arrêt II l'axe susdit 8.Extérieurement la pièce 7 dépasse la circonférence de la cuvette I afin d'ob- tenir que si l'on fait tourner le disque 4,au moyen du bou- ton I2,qui s'y trouve fixé,on fera tourner les billes 3 non seulement sur elles-mêmes,mais aussi autour de l'axe 8 du condensateur,et ces billes communiqueront leur mouvement dé- multiplié à l'équipage 7 et par suite à l'axe 8 et au rotor du condesateur, Comme il l'a été dit précédemment,cette démul- tiplication dépendra de la largeur L de la gorge 2,et pour une même largeur L,
les billes se déplaceront avec une vîtes-* se démultipliée dépendant de celle impartie au disque 4.
D'autre part si l'on fixe une bague ou couronne tel- le que 13 à la périphérie de l'équipage 7,on pourra faire tourner celui-ci directement et entrainer l'axe 8 du conden- sateur sans l'intermédiaire de la démultiplication.Accessoi- rement la bague 13 peut porter un disque mobile 14 percé de fenêtres 15 et muni de l'index 16 et 17,permettant la lectu- re d'une graduation de 0 à 180 ,ainsi que de postes divers inscrits sur un cadran 18.
La figure 4 ,qui ressemble à première vue à d'autres dispositifs existants de démultiplication par billes fera mieux ressortir la différence entre les dispositifs connus et celui qui fait l'objet de ce brevet.Les billes ne sont pas ici en contact d'une part en UN point de la partie cir- oulaire du chemin de roulement extérieur et d'autre part en UN point de l'axe qui commande la démultiplication.Elles ne sont pas non plus posées dans des gorges profondes dont les chemins de roulement ont un profil semi-circulaire ayant un rayon sensiblement égal au rayon de la bille et enveloppant partiellement celle-ci,
comme dans certains roulement à billes connue.Mais ici elles touchent la gorge du chemin de roule. ment extérieur en DEUX points voisins de l'axe vertical de la bille en b b'.Un exemple numérique fera mieux comprendre lasdifférences de démultiplication obtenues :Dans les systèmes connus,en prenant un axe de I mm de diamètre aotionnant deux billes de 20 mm dàns un chemin de roulement de 41 mm,on ob-
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tiendra une démultiplication de 2 x 41=82.
Par contre en prenant une pointe 4' de I mm de diamètre au point de contact central de deux billes de 20 mm et en réglant les points de contact dans les gorges circulaires de manière à ce que les billes pivotent autour d'un axe de I mm;ces billes ne se déplaceront que sur une circonférence de 22 mm de diamètre,mais le résultat total sera le suivant: 1 la pointe devra tourner 2 x 20 = 40 fois avant que la bille n'ait fait un tour sur elle-même et sur son axe de I mm, denc 2 elle n'aura parcouru que I/22e de la cir- conférence ou du chemin de roulement à gorge extérieur, chaque rotation sur elle-même.La démultiplication totale obtenue sera donc de 40 x 22=880.
Il faut remarquer qu'avec la simplicité de réalisation présentée par la Fig.4,on peut pratiquement et mécaniquement pousser cette démultiplication bien plus loin :La pointe effi- léepouvant sans inconvénient n'avoir qu'une fraction de mm, de diamètre et l'axe de rotation de la bille pouvant être moindre que I mm sans nuire à la solidité du dispositif et à son fonc- tionnement régulier.
Le mécanisme de changement de vitesses représenté par le dispositif de démonstration des Fig.6 à 9 est destiné à trans- mettre à un arbre récepteur 19 le mouvement de rotation de l'ar- bre moteur 20 à des vitesses VARIABLES, comme c'est le cas dans la construction automobile,les machines-outils,etc.
Dans un carter,muni de deux supports coussinets 48,des- tinés à recevoir l'un l'arbre moteur 20,l'autre l'arbre entrai- né 19,est fixé sur une flasque 40 un manchon excentrique 39, dans lequel on a ménagé des fentes 38.Autour de ce .uanohon est alésé un plateau oylindrique 34,pouvant coulisser longitudina- lement sur ce manchon,et pourvu de cales ou de bras intérieurs 37 s'ajustant dans les fentes du manchon de manière à limiter le parcours de son déplacement longitudinal,-obtenu par l'in- termédiaire du levier 50, - et à l'empêcher de se laisser en- trainer autour du manchon,A sa partie supérieure,ce plateau cy- lindrique a la forme d'une cuvette 35,
- cette cuvette est ici en forme d'arc de cercle ayant pour rayon le diamètre des
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billes 28.Le manchon 39 forme avec le plateau 34 la surface ou gorge fixe, - en deux parties,- pouvant présenter aux bil- les,qui y sont logées,toute la gamme des points de contact va- riables allant de l'un des axes des billes jusqu'à la périphé- rie.
Les deux positions extrêmes que ce plateau peut occuper sont représentées dans les Fig.6 et 7.- Inversement du cote de l'arbre moteur se trouve la surface mobile,- en deux par- ties également,- appliquée contre les billes au moyen d'un ressort 24.Elle se compose d'un piston 22 à rebord oonique 36 pouvant coulisser dans un cylindre 21 formant volant solidai- re de l'arbre moteur.Un léger rebord 45 est prévu au cylindre 21 afin de faciliter le passage des billes lors de leurs mou- vements de déplacement,Dans le cylindre 21,de même que dans le manchon 39, on a ménagé des fentes 23.,qui reçoivent des saillies ou butées prévues , l'extérieur du piston,Elles limitent sa course et l'entraînent à la vitesse du volant,
Ainsi sous la poussée du plateau cylindrique 34,oomman-- dé par le levier 50, - ou une pédale,- les billes 38,comprimées par le ressort 24,entre les deux surfaces fixe et mobile,dont la forme de gorges varie progressivement, rencontrenont succes sivement les différents points de contact de la gorge varia. ble fixe,- statique,- .Elles sortiront de la surface concave fixe qui finira par présenter aux billes un chemin de roule- ment plan.- Du côté de la surface mobile,les billes rencontre- ront la gamine inverse des points de contact depuis le roule. ment sur chemin plan,sur lequel la périphérie des billes prend son appui, jusqu'à celui des sécantes axiales,diaprés que le pis- ton 22 sera plus ou moins "enfoncé" dans le cylindre.
Pour entrainer l'arbre 19 et lui transmettre les mouvez ments variables imprimés aux billes 28,on insèrre ces billes dans une couronne en forme de roue 30 munie de rayons 27 et d'un moyeu nervuré intérieurement 26,pouvant coulisser longi- tudinalement dans l'arbre 19 nervuré extérieurement en 49 sur la longueur du parcours de la roue-couronne balladeuse.Les billes 28,pendant le déplacement longitudinal des organes :
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plateau ,piston et couronne,s'écarteront ou se rapprocheront radialement.On voit en Fig.9 les deux positions extrêmes des billes dans les alvéoles radiales de la couronne 39, lorsqu' elles passent d'une cuvette - fixe -,dans l'autre -mobile,
Afin de guider cette roue-couronne 30 pendant les pha- ses de déplacements longitudinaux du piston 22 et du plateau
34,et afin de la maintenir parallèlement aux positions succes- sives occupées par le piston,cette roue est reliée au pis- ton 22 par l'intermédiaire d'un roulement à billes CI gorges profondes 33,- pouvant supporter des poussées axiales,- -le manière que tout en étant entrainée lengitudinalement, la cou- ronne ne soit pas empêchée toutefois,
grâce au roulement à billes, de prendre des vitesses de rotation démultipliées,dif- férentes de celles du piston et de l'arbre moteur.
Au centre du piston est prévue une douille 25 servant extérieurement de guide au ressort 24 et intérieurement de coussinet-support de l'extrémité¯de l'arbre 19,qui est ainsi centré.En bout de cette,douille,sont entaillées des griffes
46 destinées à solidariser le volant,- donc l'arbre moteur,-. avec la couronne,- donc l'équipage mobile,- lorsque les bil- les et la couronne auront atteint la même vitesse d'entraîne- ment que celle de l'arbre moteur;et à cet effet on a récipro- quement entaillé des griffes correspondantes 47 dans le meyau de la roue-couronne 30.
Comme le piston a une course limitée par les fentes pré- vues dans le volant 31,on pourra, en retirant, au moyen du le- vier 50,le plateau cylindrique 34 de-la partie fixe au-delà de cette limite,dégager les billes et débrayer,c'est , dire supprimer la friction des billes entre la surface fixe et la surface mobile.La cuvette supérieure de ce plateau cylindri- que 34 est au surplus munie d'un léger rebord 51 constituant une courbure rentrante ou une cavité pour ß receuillir les billes pendant le débrayage.
On remarquera que la largeur maxima des deux gorges cor- respond au diamètre des billes.Pour la facilité du dessin
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on a donné aux cuvettes la forme d'un arc de cercle ayant pour rayon le diamètre des billes,mais, on peut donner à ces cuvettes n'importe quelle autre forme, telle que celles de cycloïde, de développante plus ou rnoins régulière de manié, re , obtenir une échelle de vitesses plus conforme au but que l'on voudrait poursuivre.Nous signalerons en partiou- lier que,grâoe à des courbures spéciales à donner aux cu vettes,on peut obtenir un avancement longitudinal du pis- ton 32.Ceci a pour effet notamment,au moment de la prise
C directe,
de faire appuyer le centre du plateau cylindrique 34 sur le moyeu de la roue-oouronne 30 et par son intermé- diaire sur le piston 22 et non plus sur les billes.Le con- tact des billes avec les deux surfaces de roulement est dès lors rompu,les billes sont dégagées,et on évite ainsi leur fatigue, leur usure,leur ovalisation,ainsi que l'usure des cuvettes à, partir du moment où grâce aux griffes de la prise directe leur intervention n'est plus nécessaire pour trans. mettre la rotation de l'arbre moteur 20 à l'arbre entraîné 19.Comme cependant à ce moment la surface fixe -plateau cy- lindrique,- frotterait contre la surface mobile,-piston 22- il fa.ut prévoir l'interposition entre ces deux surfaces d'un organe de frottement lisse ,tel qu'une butée à billes ordi naire 31.
A ce moment enfin les billes pourront reposer dans une cavité présentée par le fond de la roue-oouronne 34;ce- ci en vue d'éviter au moment du dégagement des billes,un jeu ou un cliquetis désagréable de celles-ci contre les deux surfaces séparées l'une de l'autre d'une distanoe su- périeure à oelle du diamètre des billes.
Pour obtenir le renversement de la marohe,o'est à dire la marche arrière, il suffit d'une part de dégager la surface fixe de la flasque sur laquelle on l'a supposée fixée,elle de@vent de ce fait mobile,et de la solidariser a- vee l'arbre récepteur,et d'autre part de bloquer la couron-
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ne 34 et de la désolidariser de l'arbre entrainé 19.