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"GYROSCOUPLEUR".
Le présent brevet a pour objet un gyrosooupleur, c'est-à-dire un auto-concertisseur progressif de couples, comportant l'applica- tion de phénomènes gyrosoopiques.
Le gyrosooupleur envisage oonformément au présent brevet oom- porte essentiellement un élément conduit ou récepteur constiué par une simple roue dentée conique entraînant l'arbre récepteur, un élé- ment de réaction constitué par une simple roue dentée oonique fixe et entre ces deux éléments,:
un élément moteur ou conducteur oonsti- tué par un volant dans lequel sont disposés à égales distances ra- diale et circonférentielle des groupes différentiels gyrosoopiques, dans chacun desquels se meut un (éventuellement deux) disque gyros- oopique, lequel par ses mouvements de révolution, de rotation et de renversement donne naissance à deux couples différents dont la oom-. position. détermine le couple auquel est soumis chacun des trois éléments envisagés, l'élément moteur constituant le variateur progres. sif de couples conséquemment de vitesses.
Afin de mieux faire ressortir l'exposé ci-dessus et aider à la compréhension de l'invention dans sa description et dans son fone- tionnement, les dessins schématiques annexés représentent à titre
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explicatif et non limitatif.
La Fig.l, la vue de faoe en élévation d'un anneau représentant un gyroscope supposé animé d'un mouvement de rotation autour de son centre et d'un mouvement de révolution autour d'un axe situé dans le plan de sa rotation,
La Fig.2, la vue en plan de la Fig.l.
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La rig,3# la vue de la.Fig.l dans une coupe en élévation aui- vant l'axe radial du plan de révolution.
La Fig.4, une coupe schématique en élévation montrant la dis-
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position d'un groupe gyrosoopique Incomplet, comportant des éléments moteur, conduit et de réaction.
La Fig.5, une coupe schématique en sens horizontal suivant V - V, Fig.4.
La Fig.6, une coupe schématique en élévation analogue à la !Fig.4, aveo la présence des pignons de renversement et d'un support des satellites.
Là Fig.7, une coupe schématique en sens horizontal suivant
VII - VII, Fig.6, montrant la disposition de deux disques gyrosco- piques commandés indépendemment, formant un ensemble gyroscopique.
Les Fig.8 et 9, des variantes d'exécution de la Flg.7 montrant
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un seul ensemble gyrosoopiques commandé dans la Fig.8 par un satellite et dans la Fig.9par le satellite opposé en sens diamétral.
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La Fig.lO, représente ;èchémt1quement vue de face l'hémisphère positif d'unelsplière imaginaire ur la surface de laquelle se meut le point d'orientation, a'est-à-diré le point extrême d'un rayon élevé en sens perpendiculaire au centre du disque gyroscopique.
La Fig.ll, la vue en plan de la Fig.10.
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La Fig.la, la vue. de pxofi'1 de la Figez.0.
La Flg.l3, représente la façon dont se présente la répartition des couples sur les trois éléments, moteur, récepteur et de réaction au moment précédent le démarrage de l'arbre conduit.
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La Fig.14, une vue analogue z, la Èig,13â lorsque l'élément mo- teur tourne plus vite qua l'élément oonduit, - La Fig-15, une vue analogue aux Fig.13 et 14, lorsque 1'61émant moteur tourne plus lentemmt que l'élément conduit.
La Fig,l.b représente aoh6ruf.Hiquoment, vue en plan, la façon doit
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le croisillon porteur du disquo gyroscopique non représenté, est ani- mé des trois mouvements composés.
On sait que dans les machines rotatives à grande vitesse, cer- tains effets gyrosoopiques sont nuisibles et on les évite dans la mesure du possible, ioi au contraire on a étudié ces effets et aient sur ceux-ci que repose le fonctionnement de 1'appareil.
Si on considère, voit Fig.l, 2, 3, un disque ou anneau 1 de section quelconque animé de deux mouvements distincts, à savoir : un mouvement de rotation autour de son centre c et un mouvement de révolution autour d'un axe A - B parallèle à l'un de ses diamètres et situé dans le plan de la rotation.
Dans la vue de face, voir Fig,l, on remarque que dans leur mou- vement de rotation les molécules de la demi-couronne située à gauohe de l'axe C- H, se meuvent en se rapprochant de l'axe de révolution
A- B ou du point 0 dans la vue de profil, tandis que dans l'autre demi-couronne c'est le contraire qui se produit, les molécules s'é- loignent de ce même axe A - B. pour passer de ,0{. en/3 ou de/3 enchacun* de ses molécules a dû passer en même temps de la vitesse de révolution maximum à la vitesse de révolution minimum et vice-versa.
Or, on sait que, les lois de l'inertie s'y opposant, de ces mouvements retardés et accé- lérés naîtront des. réactions'dont la somme se traduit, en partie, par un couple V - W représenté dans la vue en plan, voir Fig.2..
On retiendra, que lorsqu'un corps est animé de deux mouvements composés, oomme exposé ci-dessus, il subit des réactions qui se tra- duisent en partie, par un couple V - W, voir Fig.2, tendant , faire pivoter ce corps autour d'un axe O- H passant par les deux centres de rotation a et de révolution o.
Couple déterminateur, sera le nom donné à ces effets d'inertie, dans la suite de l'exposé.
Comme dans tout convertisseur de couple, le gyrosooupleur se compose de trois éléments, à savoir : l'élément moteur ou conducteur M, l'élément récepteur ou conduit T et l'élément de réaction R. plu- sieurs variantes sont possibles mais on se limitera pour l'instant à décrire les principes de fonctionnment de base, suivant les Fig.4 et 5
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Dans le dessin schématique de la Fig.4, onremarque que l'été- ment conducteur M entraîna en sens rotatif par l'arbre 2 est com- plexe et affecte la forme d'un volant dans lequel sont disposée des groupes différentiels gyroscopiques dont la Fig.4 et la Fig.5 repré- %incomplètement sentent la constitution de l'un, d'eux.
On y remarque le disque ou couronne gyroscopique 3, tandis que les éléments de réaction et con- duit sont deux simples couronnes dentées, l'une R fixe d'une façon invariable dans le cas considéré et l'autre T calée sur l'arbre con- duit 4, Entre ces deux couronnes dentées portées par T et R est dis- posé un ensemble différentiel conique, dont l'une des roues 5 tourne en roulant sur l'engrenage T de l'arbre conduit 4, tandis que l'autre roue 6 tourne en roulant sur l'engrenage de réaction R. pour les besoins de la présente description, il faut admettre l'arbre conduit 4 à l'arrêt et ne considérer la machine qu'au moment précédant le démarrage, moteur en marche bien entendu.
Dans ces conditions, on voit de suite que les deux roues 5 et 6 du différentiel sont animées de mouvements de rotation de même v i- tesse et en sens.contraire et que, par conséquent, le croisillon 7, voir Fig.5, porteur des satellites 8, 9, 10, 11, est relativement. fixe, ces satellites ne faisant que tourner sur eux-mêmes.
Le satellite 11 qui se trouve dans l'axe 0 - Y. voir Fig.5,' nossède le mouvement requis du début des explications, et est supposé portant un disque gyroscopique 3; ce disque 3 va donc produire le couple déterminateur V- W, voir Fig.2, qui se transmettra par l'in- termédiaire du croisillon 7 aux deux roues 5 et 6 du système diffé- rentiel, lesquelles transmettront respectivement leur couple, l'une à l'élément fixe de réaction R et l'autre à l'élément conduit T.
Il est à noter, que le couple déterminateur V - W n'a aucun effet sur l'élément moteur M et qu'il dépend uniquement de la vitesse de ce même moteur, ce qui revient à dire : le couple de réaction étant égal et contraire au couple de l'arbre conduit, le couple de démarrage n'est fonction que du nombre de tours de l'arbre moteur, des dimensions et proportions de l'appareil et de la masse des disques gyroscopiques,
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Il est évident qu'un montage aussi simple ne saurait convenir, car aussitôt que la oouronne conduite T se mettra en marche, le croi- sillon 7 lui aussi va tourner sur lui-même et le satellite porteur
11 va ohanger de position, o'est-à-dire qu'après un demi-tour du croisillon 7,
ce satellite 11 'occupera remplacement diamétralement opposa et pour un même observateur le disque gyroscopique 3 aura changé de sens de rotation et par suite le couple déterminateur V -
W, lui aussi, aura change de sens.
Il est oependant intéressant de remarquer que le couple déter- minateur est maximum au point de départ et passe par la valeur zéro après un déplacement de 90 pour arriver par la suite à la même in- tensité qu'au départ après 180 , mais cette fois le couple détermi- nateur agit en sens contraire.
En admettant, par exemple, que le croisillon 7 au lieu de tour- ner dans son plan,-tourne autour de son axe L - Z, voir Fig.5, paral- lèe au gyroscope 3, ce dernier va reproduire le même résultat et va encore changer le sens du couple déterminateur après un déplacement angulaire de 180 , dans ce cas également, après 90 le couple est nul.
L'étude approfondie de'ce phénomène, comparativement avec un gyroscope terrestre,, prouve que quelle que soit la position du gyros- cope 3 pour autant que son orientation n'ait pas dépassa 900 du point idéal de départ, le couple déterminateur V - W reste dirigé dans le même sens tout en diminuant d'intensité pour passer du maximum au point idéal à zéro9, lorsque le point d'orientation du disque gyros- copique atteint sur une sphère imaginaire la circonférence équidis- tante des deux points idéaux positif et négatif, ces derniers étant diamétralement opposés.
On entend par point d'orientation, le point extrême # d'un rayon élevé suivant une perpendiculaire au centre du disque gyroscopique 3 dont il sera 4 nouveau question dans l'exposé ci-dessous à l'aide des Fig.10, 11, la.
Il faut considérer que, lorsque le point d'orientation du dis- que gyroscopique atteint cette circonférence, ce dernier occupe sa
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position d'équilibre et que pour obtenir un résultat efficace, con- tinu dans le même sens, le point d'orientation ne devra pas dépasser oette circonférence de non-effioienoe.
Dans les modes d'exécution à envisager, le problème se résoud oomme suit.
En se reportant aux Fig. 6 à 9, le chiffre 16 représente le support de l'ensemble gyroscopique, lequel tourne librement sur un axe radial de Isolément moteur M que l'on qualifie de volant.
En considérant la Fig.6, l'ensemble différentiel ne comporte que deux pignons satellites 8 et 10 dans l'axe desquels, le croisil- lon 7 est animé de deux mouvements composée à savoir' : le mouvement que lui imprime le déplacement des satellites 8 et 10 et le mouve- ment qui lui est imposé par l'intermédiaire d'un pignon 13 conique à 45 calé sur le bout 13 du croisillon 7 et roulant sur un même pignon 14 oonique à 45 calé en permanence en 15 sur l'élément moteur M, le mouvement gyrosoopique étant assure par un jeu de pignons ex- térieurs, ou centraux comme dans les Fig.7, 8, 9.
Dans la Fig.7, le support 16 d'un ensemble gyroscopique renfer- me le croisillon 7 pourvu de ses deux axes-17 et 21 portant, l'un 17 le' satellite 8, et le pignon intérieur 18 engrenant avec le pignon 19 calé sur l'axe 20 du croisillon 7, lequel axe 30 porte un disque gyroscopique 3a; l'autre 21 le satellite 10. le pi- gnon Intérieur 23 entrenant aveo le pignon 23 oalé sur .l'axe 24 du croisillon 7 et disposé dans le prolongement de l'axe 20, cet axe 34 porte le disque gyrosoopique 3b.
Comparativement avec la vue en plan de la Fig.?, les Fig.8 et 9 représentent schématiqyuement le montage de deux groupes différem- tiels gyroscopiques diamétralement opposés sur la circonférence de révolution et ne comportant chacun qu'un seul disque gyrosoopique, l'un 3c, Fig.8, commandé par le satellite 8, tandis que la satellite 10 est fou et n'existe que pour annuler lteffet gyroscopique indési- rable du pignon 8, l'autre 3d, Fig.9, commandé par le satellite 10 tandis que le satellite 8 est fou et n'existe que pour la même raison.
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Il est évident, que le disque gyrosoopique 30 ou 3d, comme le
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représente les Fig.8 et 9, ne peut être construit:
d1'XQe seule pitce, mais on 11a figuré soh6iaatiqueme-nt comme tel pour bien montrer que dans ces exemples, il n'est commande en bloo que par un seul pignon satellite 8 ou 10. '
11 faut remarquer, qu'on.obtient ainsi le centre de gravité du disque gyroscopique situé au centre même du groupe différentiel, condition qui paraît préférable et sur laquelle on s'est basé pour
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rétablissement des Fig.lop 11, 12,
Revenant sur la définition donnée oi-dessus du point d'orienta- tion appelé # on peut dire que ce point aura comme trajectoire une courbe en forme de huit, voir la Fig.10.
Dans cette figure .10, la face de l'hémisphère positif de la sphère imaginaire est représentée par s1, le point d'orientation par ' # et sa trajectoire en forme de huit par r représente le rayon élevé en-perpendiculaire au centre du disque gyroscopique représkenté
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par 3. Le trait interrompu nepràt3entlé par <5 figure la courbe suivie par le point d1orlantatlon à la surface de l'hémisphère positif sl, en marche normale. Le trait #...#... représente le disque gy- rosooplque 3 en position d*efficience maximum. Le trait plein 3a figure ce même disque 3 ap'rès bzz de déplacement du croisillon.
La Fig.ll,, qui est une vue en plan de la Flg.l0, montre le dit- que 3 séparant diamétralement les hémisphères positif s1 et négatif
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s2. Il en est de même pour la Fiir,12, qui est une vue de profil de la Fig.lO. prof. l
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On remarquera dane ces figures, que le point d'oelentation T se trouve toujours dans 1 Hémisphère positif s1, quelle que soit la position du croisillon 7,
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Après un déplacement de 8pd du croisillon 7. le points attein- drea d'une façon tangentielle la circonférence de non-efficience, cette circonférence de non-efficience désignée par le chiffre de référence
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3 constitue la limite des hémjsphètoa positif et udgatif Après 1800 de déplacement le point reviendra zut Sa position de départ et aini de suite.
comme dans les ".1Ctnl)les pr'c6(loTlts L - Z ropr6aenba
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l'axe des satellites.
On voit ainsi que le point d'orientation se meut à la sur- face d'un hémisphère imaginaire ayant comme centre de surface, l'un des pôles positif ou négatif et le couple déterminateur V - W sera lui-même positif ou négatif selon que ce.point d'orientation # se trouvera dans l'hémisphère positif s1 ou dans l'hémisphère négatif..
Il faut encore noter à ce sujet, qu'en agissant par une commna- voir Fig. 6.
' de appropriée, automatique ou autre, sur le pignon conique 14 suppo- sé, ci-dessus, cale sur l'élément moteur M, on peut à volonté ren- verser le sens du couple déterminateur, en d'autres termes, l'élément conduit T pourra devenir moteur et l'élément moteur M agirait alors comme frein. Lorsque cette commande se trouvera dans sa position moyenne, le point d'orientation T se déplacera alors dans les deux hémisphères s1 et s , on aura ainsi un point mort, les influences gyroscopiques¯ se détruisant l'une l'a.utre, supprimant ainsi tout couple résultant.
La commande de renversement de marche dont il est question plus haut est réalisable de plusieurs manières, en voioi une à titre d'exemple qui ne figure pas aux dessins, mais se comprend comme suit.
Chaque groupe gyroscopïque comporta un pignon de commande 14, lequel sera solidaire d'un deuxième pignon conique qui fait face au centre même de l'appareil. ces deuxièmes pignons engrèneront tous avec un même pignon central auquel on fera faire un demi ou un quart de tour par le déplacement latéral d'une buselure rainurée en hélice, (pas figurée ), rainure dans laquelle coulissera un ergot solidaire de l'axe du pignon central. Le déplacement latéral de la buselure peut être réalisé par l'intermédiaire d'une butée à billes comme c'est le cas pour les embrayages séc friction,
Au début de la description, on a dit que les mouvements couple sés du disque gyrosoopique se traduisaient en partie par un # détermipateur, on a dit, en partie,
car en réalité ils se traduisent également par doux forces qui tondent, l'une à faire touraer le dls- que gyrescopique dans 'un sens et l'autre dans l'autresens.
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Lorsque le disque occupe d'une façon relativement fixe le point idéal d'efficience, ces deux forces sont égales et s'annulent,
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mais il n'en csi plus de même lorsque l'arbre conduit, commence a tourner et que le point d'orientation du disque gyroscopique se dé- place sur sa trajectoire en forme de huit. Il se fait alors que ces
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deux forces sont différantes et leur résultante ee traduit par un couple tendant à accélérer ou à ralentir le mouvement de rotation du disque et o'est ce couple de torsion qui, se transmettant au pi- gnon satellite du différentiel provoque une différence entre les couples conduit et de réaction, différence compensée par le couple moteur.
La Fig.13 représente sohématiquement la répartition des couples sur les trois éléments au moment précédant le démarrage de l'arbre
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conduit. Les couples e, g, a, b et d, Q, f, ,g, proviennent des diffé- rentiels gyroscopiques et on voit qu'ils se traduisent par deux cou-
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pies égaux et de sens contraire, 11un, a, 1, h appliqué sur l'élé- ment conduit et l'autre ,g,, f, ,,, i appliqué sur l'élément de réaction, dans ces conditions l'élément moteur ne supporte aucun couple.
La Fig.14 représente sohématiquement la répartition des couples lorsque l'élément moteur tourne plus vite que l'élément conduit.
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Les couples e,, a, ±, ¯1 et d, , bzz proviennent des différen- tiels gyroscopique9.. Ils sont inégaux et de sens contraire, leur différence est supportée par l'élément moteur, couple n, c o, s, tandis que le couplede l'élément conduit est b, a, l h et celui de l'élément de réaction g, f, j, i.
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La Fig.15 représente 30hô,natiquoment la répartition des couples lorsque l'élément moteur tourne plus lentement que l'élément conduit.
Les couples e, 2, a, b et d, Q,, i, g proviennent des différez- tiels gyroscopiquee. Ils sont dirigés dans le mêmo sens, lotir SO!1'1lle UBotcur/ est supportée par l'i,rnfrn6, ca'onpla n, Q., o, s, taudis que le couple de l'élément conduit est b, tz, 3,, 11 et celui do l'éldmont du ration ,,a f-à 1. 1.
Dartu CI.::1 traln I1gu"J."cu 13, 14 ct 15, les Inttroa T, M et p, dô-
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signent respectivement les éléments conduit, moteur et réaoteur,
Comparativement avec la vue en plan, voir Fig.8, la Fig.16 représente les trois mouvements oomposés du croisillon 7 porteur du disque gyrosoopique, ce dernier n'est pas représente.
La flèche 1 indique le sens du mouvement de révolution, les flèches , indiquent le mouvement provenant des uatellites 8 et 10 se déplaçant entre les roues non représentées du système différen- tiel. La flèche 1 montre le mouvement de renversement imposé au croi- sillon 7 par le pignon la qui roule sur le pignon 14.
Le fonctionnement du gyrosooupleur s'explique comme suit.
L'ensemble général du gyrosooupleur étant constitué par plu- sieurs groupes gyroscopiques tels que les exemple sont représentés aux Fig,6 à 9 (on en supposera quatre pouf la description). Lorsque les deux groupes diamétralement opposés feront montés au point maxi- mum d'efficience, pignons 13 relativement opposés,! les deux autres groupes seront sur la circonférence de non-efficientx, de cette fa- ÇOn, lorsque le couple déterminateur des deux éléments efficients commencera à diminuer, celui des deux groupes neutres commencera à grandir et l'un compensant l'autre, le couple de l'élément conduit T restera positif et logiquement constant,
A titre d'indication,
.on a calculé que pour un seul disque gy- roscopique dans sa position d'efficienoe maximum et pesant 480 gram- mes, de diamètre moyen 88 m/m, diamètre moyen de révolution 280 miro, vitesse de l'élément moteur M 3.960 t/m, le disque gyroscopique 15.840 t/m, le couple déterminateur de démarrage atteint 72,7 M/Kg poids.
Le haut rendement du gyrosooupleur est évident lorsqu'il est comparé à celui des convertisseurs hydrauliques actuellement en vo- gue, en effet, dans ces derniers la vitene de l'élément liquide est freinée par les pertes de charge qui elles-mêmes augmentent avec la.
Xième puissance de cette même vitesse et d'autre part par la turbu- lenoe et les changements brusques de direotion des veines liquides, tandin que dans l'appareil faisant l'objet de l'inveniton la vitesse des disques gyro@copiqyues cet invariabl@ement liée au rappott des vi-
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tesses des éléments conduit et moteur et n'a comme résistance que les engrenages à Mouvements circulaires uniformes, pouvant être montas chacun sur roulement à billes ou autres.
Le mécanisme de renversement dos diaques gyrosoopiques est susceptible d'être appliqué dans d'autres Machines que la convertis- seur de couples.
Le volant cala sur l'arbre moteur et portant les groupes gy- rosoopiques peut servir comme volant du moteur lui-même dans le cas d'un moteur 4 pistons.
Quoique par un montage spécial, les forces oentrifuges auxquel- les doit résister le volant porteur, peuvent être fortement diminuées, il y aura intérêt d'utiliser des matériaux légers dans la mesure du possible, pour la construction des groupes gyroscopiques, à l'excep- tion des disques gyrosoopiques bien entendu.
En marche normale, la courbe en forme.de huit que déorit le point d'orientation est nécessaire car c'est de ce mouvement que naft la. différence de couples entre l'élément conduit et l'élément de réaction,-différence compensée par le couple moteur. parmi les avantages de l'objet de l'invention, on peut citer :
Vu la progressivité automatique absolue, le gyroscoupleur ne possède qu'une seule commande, laquelle détermine le sens des couples (marche avant ou arrière) et peut, en pleine marche renverser la fonction des éléments moteur et conduit,, cette même commande, dans sa position moyenne, transforme l'appareil on roue libre ou en d'autres termes place la machine au point mort sans couple de traînée.
Le gyrosooupleur est constitué par un ensemble de pièces en mouvements circulaires, uniformes, d'où possibilité d'un montage com- plet sur roulements 4 billes, à rouleaux ou à aiguilles.
Le gyrosoouplour supprime tout embrayée, remplissant ce rôle lui-même.
Le rapport des couples dépend uniquement du rapport do vitesses entra les éléments moteur et conduit, arma aucune commande extérieure.
Le gyrosooupleur peut être employé sur toute machine opposant
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des résistances variables ou dont le moteur fournit, lui-même, un couple variable ou encore, sur toute machine exigeant ou fournissant des vitesses variables,
Le gyrosooupleur ne comporte aucune pièce travaillant en frot- tement, mises à part, les dentures d'engrenages bien entendu.
Il va de soi, que le gyroscoupleur comportera dans chaque élé- ment moteur, au moins deux ensembles gyroscopiques, préférablement quatre, opposés deux à deux, comme déjà signalé et même davantage suivant les applications envisagées et la puissance à transmettre.
La nature des matériaux employés, pour constituer les diffé- rents organes composant le gyrosooupleur, sera choisie et appropriée aux fonctions que les organes ont à remplir.
En résumé, il faut considérer comme rentrant dans le cadre du domaine du présent brevet, un gyrosooupleur c'est-à-dire un auto- convertisseur progressif de couples, caractérisé par ce qui suit.
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