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Mémoire descriptif déposé à l'appui d'une demande de
BREVET d' INVENTION Eugène M A R Q U E T
Herstal lez-Liége. APPARELL DE CHANGEMENT DE VITESSES POUR MECANISMES MOTEURS.
La présente invention a pour objet un appareil de changement de vitesses applicable d'une manière générale à tous genres de mécanismes moteurs,mais convenant particulièrement aux vélos, motos et véhicules automobiles.
La construction de cet appareil-de changement de vitesses est basé sur les considérations suivantes:
Si, comme le montre la fig.l du dessin annexé à ce mémoire, deux pignons A et B,de diamètres différents, mais solidaires l'un de 1' autre, sont libres de tourner sur un axe C, lui-même porté par un bras D articulé sur un axe E sur lequel sont enfilées deux roues dentées F et G, engrènant respectivement avec les pignons susdits A et B, on réalise un dispositif,qui bénéficie des propriété suivante s :
1 .
Si, tandis que la roue dentée G est maintenue dans l'impossibilité de tourner, le bras D est animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe E, le pignon B sera obligé de pivoter autour de l'axe C et entrainera par suite le pignon A,lequel communiquera à son tour à la roue dentée F un mouvement de rotation.,dont le sens et la vitesse se déduiront de la théorie suivante :
Si le pignon A, au lieu d'être entrainé dans un mouvement de rotation autour de l'axe C par le pignon B et la roue G,dont le rôle serait suspendu, avait été calé sur cet axe C, la roue F aurait tourné autour de l'axe E à la vitesse du bras D et dans le même sens que celui-ci.
La rotation imprimée au pignon A a pour effet de réduire la vitesse de rotation de la roue F par rapport à la vitesse du bras D de celle, de sens inverse, lui communiquée par le pignon A, et la vitesse résultante dépendra des diamètres de toutes les roues dentées et des pignons en présence.
2 . Si la roue dentée F est à son tour maintenue dans l'impossibilité de tourner, tandis que le bras D est animé d'un mouvement
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de rotation autour de l'axe E, le pignon A, de son côté, sera obligé de pivoter autour de l'axe C et entrainera conséquemment le pignon B, qui communiquera à son tour à la roue dentée G un mouvement de rotation, dont le sens et la vitesse se déduiront de la théorie suivante:
Si le pignon B, au lieu d'être entrainé dans un mouvement de rc tation autour de l'axe C par le pignon A et la roue F,dont le rôle serait suspendu, avait été calé sur cet axe C, la roue G aurait tourné autour de l'axe E à la vitesse du brasD et dans le même sens que celui-ci.
La rotation imprimée au pignon B a peur effet de réduire la vitesse de rotation de la roue G par rapport à la vitesse du brasD de celle, de sens inverse, lui communiquée par le pignon B, et la vitesse résultante dépendra finalement des diamètre de toutes les roues dentée , et des pignons en présence.
En particulier, lorsque,comme c'est le cas en fig.l, le pignon B a un diàmètre supérieur à celui du pignon A, et par suite la roue dentée G un diamètre inférieur à celui de la roue F, la vitesse à déduire est supérieure à la vitesse du bras D et la vitesse résultante est négative, ce qui se traduit pratiquement par une vitesse positive mais appliquée à un sens de rotation opposé à celui du bras D.
3 . Si maintenant le bras D est maintenu fixe,tandis que la roue G est animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe E, le pignon B sera obligé de pivoter autour de l'axe C et entrainera par suite le pignon A, qui communiquera à son tour à la roue dentée F un mouvement de rotation de même sens,maisde vitesse moindre en rapport avec les diamètres respectifsdes roues et pignons en présence.
4 . Si le brasD est maintenu fixe,tandis que la roue F est animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe E, le pignnn A sera obligé de pivoter autour de l'axe C et entrainera par suite le pignon B, qui communiquera à son tour à la roue dentée G, un mouvement de rotation de même sens, mais de vitesse supérieure, en rapport avec les diamètres respectifs des roues et pignons en présence
5 .
Si la roue dentée F est maintenue dans l'impossibilité de tourner pendant que la roue G est animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe E, le pignon B sera obligé de pivoter autour de 1' axe C, et, ne pouvant pivoter qu'à la condition que le pignon A,dont il est solidaire, puisse tourner lui-même, il forcera le pignon A à "rouler " sur la roue fixe F et entraînera par conséquent,en sens inverse, l'axe C et,avec lui, le bras D pivotant autour de l'axe E.
La vitesse angulaire du déplacement du bras D dépendra des diamètres respectifs des roues et pignons en présence.
6 . Si enfin la roue dentée G est maintenue dans l'impossibilité de tourner pendant que la roue F est animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe E, le pignon A sera obligé de pivoter au-
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tour de l'axe C, et,ne pouvant pivoter qu'à condition que le pi- gnon B, dont il est solidaire, puisse tourner lui-même, il force- ra le pignon B à "rouler" sur la roue fixe G et entraînera par con- séquent ,en sens inverse, l'axe C, et,avec lui, le bras D pivotant autour de l'axe E. La vitesse angulaire du déplacement du bras D dépendra des diamètres respectifs des roues et pignons en présence.
Dans le cas où,comme in fig.l, la roue F a un diamètre supérieur à celui de la noue G, et le pignon A par suite un diamétre infè- rieur à celui du pignon B, la vitesse angulaire en sens inverse du bras D sera plus grande quand la roue G est calée et non la roue F.
Les considérations et les conclusions dérivées du dispositif de fig.l, comprenant deux roues dentées et 'deux pignons seulement, sont également pertinentes dans le cas du dispositif représenté en fig.2, montrant une combinaison de trois roues dentées E, N et 0 et un jeu de trois pignons P,Q et R,coaxiaux et solidaires entr' eux et dont l'axe T est porté par un bras ou plateau V pivotant autour de l'axe commun W des roues dentées M,N et 0. Ce dispositif permet de réaliser une gamme de vitesses beaucoup plus étendue dans les deux sens de rotation, en mettant chaque fois en oeuvre trois éléments, à savoir :un élément entraineur, un élément main- tenu fixe et un élément entrainé.
Dans ce cas les roues et pignons inutiles tournent ä vide dans le sens et à la vitesse qui leur est imposée,sans jouer aucun rô- le dans la transmission de mouvement, à moins que l'on ne désire que le mouvement entraineur se traduise en deux mouvements résul- tants, différents l'un± de l'autre.
Il est naturellement possible encore de réaliser un dispositif comportant un plus grand nombre de roues dentées ,ainsi qu'un plus grand nombre de pignons.La richesse des possibilités des combinai- sons s'accroît encore.si on considère qu'une partie des ou toutes les rouesdentées peuvent aussi être dentéesintérieurement/au lieu de extérieurement.
En fait, les dispositifs ci-dessus.décrits réalisant des appa- ;rails de changement de vitesses par calage de roues dentées restant -en prise, il est possible de rendre ce calage progressif par frei- nage allant jusqu'au blocage, sans obligation,comme c'est le cas pour les changements de vitesses à baladeur, de repasser par la vi- tesse zéro ou par un appariement préalable desvitesses des roues à mettre en prise.
Naturellement aussi les roues et pignons dentés peuvent être remplacés par des roues et pignons à friction.
Enfin, au lieu d'empêcher les roues.de tourner, on peut leur communiquer, au contraire ,une certaine vitesse dans un sens ou dans l'autre; cette façon de procédér amènerait à communiquer à la roue réceptrice des vitesses,soit beaucoup plus grandes,soit beau-,,
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coup plus faibles ; permet aussi de réduire le nombre des roues intermédiaires, c'est à diro/celles qui ne sont ni motrices proprement dites, ni réceptrices.
Comme il a été dit au début de cet exposé, l'appareil de changement de vitesses basé sur les considérations précédentes peut rece- voir de multiples applications ; titre de'exemple uniquement,on va décrire ci-après son application aux bicyclettes en se réfèrant au dessin annexé,qui montre en fig.3 une vue de face de l'appareil et en fig.4 une coupe par 111-lllt de fig.3.
Dans cet appareil, un carter 1,formé de deux flasques assemblées par desvis, est rendu solidaire de l'axe 2 despédalespar un pivot 3, qui est fixé à la pédale 4 et s'engage dans les deux flasques opposées du carter 1. A l'intérieur de ce dernier et pivotant librement autour de l'axe 2, sont prévues trois roues dentées 5a, 5b et 5c, qui sont toutes trois solidaires de buselures concentriques 7a, 7b et 7c, dont les buselures 7a et 7b ont des longueurs telles qu'elles saillent différemment hors du carter l,de telle sor te qu'on puisse immobiliser leur roue dentée respective 5a, 5b, par l'intermédiaire d'un mécanisme approprié, par exemple à l'aide de cliquets commandables à la main et s'engageant dans des crans répartis sur la périphérie saillante des dites buselures.
Quant à la troisième buselure 7c, elle s'encastre dans un logement pratiqué dans la grande roue à chaine 8, sur laquelle elle est fixée à demeure par des vis 9 à tête noyée.
Les roues dentées 5a, 5 b et 5c engrènent respectivement avec un jeu de trois pignons 6a,6b,6c, pivotant autour du pivot 3 et ren dus solidaires l'un de l'autre par une ou plusieurs goupilles 10.
Du côté opposé aux pignons 6a,6b et 6c, il est prévu dans le carter 1, deux cliquets 11 et 12,pivotant autour d'axes respectifs 13 et 14 et maintenus contre une des flasques du carter par des buselures 15. Ces deux cliquets possèdent chacun un bec lla,12a, s' engageant entre les dents de la grande roue 5c, tandis qu'un ressort 16 agissant par traction sur le cliquet 12, communique à ce dernier, - ainsi qu'au second cliquet 11,par l'intermédiaire d'un cran 17 et d'une rotule 18, - un mouvement qui pousse les becs lla, llb, à s'engager entre les deunts de la roue 5c.
Extérieurement, un levier 19,solidaire de l'axe 13 et du cliquet 11, est susceptible d'être attaqué par un ergot effaçable (non représenté) ou analogue, ce qui a pour résultat de désengager les becs lla,12ades cliquets 11 et 12, ce désengagement étant rendu permanent par l'accrochage du cliquet 12 par un levier 20,soumis à l'action du ressort précité 16 et rendu solidaire d'un levier extérieur 21,.)par ltaxe commun 22, sur lequel cesleviers sont ca- lés.Ce levier/est lui aussi susceptible d'être attaqué par un autre ergot ,effaçable également (non représenté) ,ce qui provoque le déverrouillage du cliquet 12 par le levier 20 et permet par
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conséquent à nouveau l'engagement des becs lla,12a des cliquets 11 et 12 entre la denture de la roue 5c.
L'appareil de changement de vitesse fonctionne comme suit: /
La rotation de la pédale 4 par le cycliste entraine le carter ' 1 et avec lui l'axe 3 de l'ensemble des pignons 6a,6b,6c. Si,par l'intermédiaire du cliquet s'engageant dans le cran supposé prati qué dans le prolongement extérieur de la buselure de cette roue, comme il a été dit précédemment, la roue 5b par exemple est immobilisée, le pignon 6b.sera forcé d'engrener avec cette roue 5b, et de prendre autour de son-axe 5 une vitesse en rapport avec les nombres des dents en prése nce. D'autre part le pignon 6c, qui est solidaire du pignon 6b et tourne.par conséquent à la même vitesse angulaire que lui, communiquera à la roue dentée 5c, une vitesse angulaire fortement, réduite,
d'ailleurs en rapport avec les nombres de dents des quatre pignons et roues dentées en présence.
Si au lieu de la roue 5b, on immobilise la rpue 5a (par un dispositif identique à celui qui calait la roue 5b), le pignon 6a sera forcé d'engrener avec la.roue 5a et sera contraint de pren- dre autour de son axe 3', une vitesse angulaire beaucoup plus réduite que celle qui était communiquée dans le cas précédent. D' autre part le pignon 6c, qui tourne obligatoirement à la même vitesse que le pignon 6a,communiquera à la roue dentée 5c une vitesses angulaire réduite,maiscependant plus grande que celle communiquéedans le premier cas.
Si par exemple, comme il est représenté dans le dessin, les pignons et roues respectifs 5a,5b,5c et 6a, 6b,6c ont 20,28,36,30, 22 et 14 dents, les vitesses seront réduites, grâce à l'appareil décrit aux 506/1000 et aux 740/1000 de la vitesse du pédalier.On obtiendra évidemment dtautres vitesses en modifiant les ombres des dents.
Si l'on veut entrainer la chaîne de la bicyclette à la vitesse communiquée intégralement par la pédale,donc sans réduction, d'aucune sorte, il suffit de rendre la roue 5c solidaire du carter l.Pomr ce faire, il convient de libérer les cliquets 11 et 12,ce qui s'obtient en déclenchant par exemple une butée (non représentée au dessin) commandée par une tringle et une manette par exemple, sous l'action desquelles la butée agit sur l'extrêmité du levier 21 pour forcer ce dernier à pivoter avec le levier 20.
Lorsque au contraire on veut réduire la vitesse, il faut agir ( encore par butée et tringle à manette) sur le levier 19, qui met à nouveau hors d'action les deux cliquets 11 et 12 lesquels restent accrochés par 11 intermédiaire du levier 20. Simultanément à ce geste,il faut évidemment en accomplir un'autre, consistant à libérer un des cliquets s'engageant dans l'un des crans prévus dans les buselures prolongeant les roues dentées 5a, 5b, de manière à immobiliser l'une ou l'autre de ces roues .Les @
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deux gestes peuvent d'ailleurs être combinés de manière à être exécutés par un même mécanisme.
On n'a donné ci-dessus qu'une description succincte de l'appareil de changement de vitesses,car sa construction variera suivant l'application envisagée en utilisant tous les perfectionnements de la technique actuelle en vue de réaliser un appareil à la fois léger et résistant; ainsi notamment, le carter 1 sera pourvu de lubri- fiant afin d'obtenir un mouvement très doux des organes en mouvement et d'éviter leur usure prématurée.
REVENDICATIONS.
1. Appareil de changement de vitesses pour mécanismes moteurs, comportant des pignons et des roues dentées en priser dans un carter approprié, caractérisé en ce que dans un appareil de ce genre comprenant trois éléments, à savoir deux roues dentées indépendantes tournant autour d'un même axe, deux pignons solidaires l'un de l'autre montés sur un même axe et de denture respectivement correspondante à celle des roues susdites, et un bras pivotant autour de l'axe commun des roues dentées susdites et portant l'axe des dits pignons de manière à permettre l'engrènement respectif de ces roues et pigpns, des vitesses différentes sont obtenues en bloquant l'un quelconque de ces éléments et en entrainant le deuxième élément à une certaine vitesse, de telle sorte que la vitesse, que prendra le troisième élément,
est fonction de cette vitesse et du rapport des diamètres primitifs des roues et pignons.