Brevet FR2309259A1 — publié le 19761126

Le "Cheval de tournoi" est un jouet utilisable comme monture mobile par des garçons de cinq à douze ans. Extérieurement (voir figure I) le jouet se présente sous la forme d'un cheval de tournoi dont le caparaçon (3), réalisé en matière plastique rigide permet de oacher les mécanismes. Ce caparaçon est décoré de motifs héraldiques (4), tels que lions, aigles, fleurs de lys, saillants de leur support et d'une couleur différente de celui-ci. La queue (5) du cheval et les garnitures telles que selle (6) et rênes (7) assurent la finition. Les étriers (IO) et poignées (20) constituent les commandes respectives des mécanismes de propulsion et de direction. Sur la figure 2 à laquelle il convient de se référer les parties extérieures sont représentées en pointillés, les parties intérieures en traite pleins. I) MECANIS1E DE PROPULSION La poussée simultanée des jambes du cavalier sur la barre des étriers (IO) provoque la rotation de celle-ci autour de l'axe (II) fixe (I2), par l'intermédiaire du levier (I3). Les étriers (IO) se déplacent dans les fentes (I4) prévues à cet effet dans le caparaçon. Une bielle (I6) mobile autour de l'axe (I5) du levier (I3) transmet le mouvement de ce dernier à un villebrequin (I7), qui fixé en (I8) dans le caparaçon, entre la rotation des roues arrières (in), La remontée des étriers est assurée par l'excentricité des roues arrières qui, par ailleurs, provoque un sautillement de la monture lors deF déplacements, recréant ainsi l'allure du cheval. 2) MéCANISME DE DIRECTION : Les mains du cavalier commandent deux poignées extérieures (20) solidaires d'un axe (21) dont la rotation dirige la roue avant (22), par l'intermédiaire d'une fourche (23) et d'un aie (24). Cet ensemble est maintenu par les deux perforations (26) d'une barre (25) fixée en deux points (27) sur le caparaçon. Il est à noter que les poignées (20q peuvent être solidaires de la tate du cheval (28) mobile autour d'une gorge circulaire (29) du capara çon. L'axe (2I) doit dès lors passer par le centre du cercle que constitue la gorge (29) et être perpendiculaire au plan dans lequel cette dernière s'inscrit. La tZte (28) du cheval peut également être fixée et faire ainsi partie du caparaçon. Dans ce cas, l'axe (21) sort du cou du cheval et la barre des poignées (20) est entièrement à l'extérieur. 3) POLYGONE DE SUSTENTATION (voir figure 3) Le polygone de sustentation du tricycle ainsi réalisé est représenté par le triangle isocèle en pointillés. Les sommets de ce triangle sont les points de contact des roues avec le F01 (I9 et 22). Ils doivent être suffisamment distants les uns des autres afin que l'aire du triangle de sue- tentation soit assez grande pour assurer une bonne stabilité à la machine. L' écartement entre les roues arrières (I9) doit donc être suffisant. De plus la roue (22) doit se trouver au maximum à l'avant et les roues (I9) le plus possible à l'arrière du caparaçon. D'autre part le diamètre des roues doit être réduit. Toutefois il doit être suffisant pour éviter les achoppements à la roue avant (22) et pour donner un bon développement aux roues arrières (I9). Notons que les bandages des roues doivent être assez larges afin que celles-ci ne s'enfoncent pas dans les terrains meubles. La position de la roue (22) en retrait de l'axe de rotation (21) permet d'une part de diminuer l'angle que fait la fourche (23) avec le sol, ce qui limite les trépidations, et d'autre part de déplacer dans les virages (8) le triangle de sustentation de son origine (représentée en pointillés) jusqu'à sa position en traits pleins, c'est-à-dire dans le sens de la force centrifuge (9) d'où une stabilité accrue. 4) RERONTEE DES ETRIERS (voir figure 4) Considérons désormais le déplacement des étriers (IO) de E à E', c'est-à-dire du haut au bas des fentes (14). Il provoque la rotation du levier (I3) de EA à E'A autour de l'axe A (I5). Ce mouvement agit sur la bielle (I6) qui se déplace de BD à B'D' en entraînant la rotation du villebrequin (I7) de CD à CD' autour de l'axe C (I8). Nous remarquons que le déplacement des étriers de E à E' a provoqué une rotation du villebrequin supérieure à I800. L'avantage que l'on peut tirer de cette remarque, consiste en une fixation judicieuse des roues arrières (I9) sur le villebrequin en fonction de la position de leur diamètre d'excentricité maximale. En effet, soit (,a') la bissectrice de l'angle BCB' ; lorsque le villebrequin (CD) sera dans la position () les roues arrières reposeront sur leur plus petit rayon d'excentricité. De même, loreque le villebrequin (CD') sera dans la position (a') les roues arrières reposeront sur leur plus grand rayon d'excentricité. Dès lors le poids du cavalier et de sa monture entraîne la rotation automatique des roues arrières du moment où elles reposent sur leur plus grand rayon d'excentricité jusqu'à ce qu'elles reposent sur leur plus petit rayon d'excentricité, c'est-à-dire sur un demi tour (I800). Le villebrequin est entraîné de (#) à (#') dans le sens de la flèche (f). Il provoque, par l'intermédiaire de la bielle et du levier, le mouvement des étriers de E0 à E' puis de E' à E et enfin de E à Le déplacement des étriers est donc automatique sauf de E1 à E0 où c'est la poussée des jambes du cavalier qui les actionne. Remarquons tout de suite que la distance ExEo doit être suffisamment importante afin de ne pas exiger une force trop grande pour le travail demandé. Condition pour cue DCD' > 1800. Appelons F la position de B et F' la position de B' telles que F, F' et C soient alignés. Dans ce cas l'arc DCD' = 180 . Pour que DCD' > 1800 il faut donc que AB > AF. Soit AH la bissectrice de l'angle BAB'. AH est hauteur du triangle ABB' et AG est hauteur du triangle AFF' puisque ceux-ci sont isocèles. Nous pouvons établir les relations suivantes AB > AF implique AH > AG (homothétie). AH2 = AB ~ BHt (théorème de Pythagore) AG2 = AC2 - CG2 " " Comme BH = AB sin- et CG = AC sin (P-3l) nous avons: AH = AB- - ABZ 9int L = - ss (I - \ ). De même AGs = ACt - ACt sine ) = au (I - sin2 AH > AG implique Ae AGt D'ou Ce qui entraîne 5) RELATIONS (voir figure 4) : Etudions maintenant quelles relations existent entre les divers segments de la figure qui représentent les pièces motrices. - Nous avons tout d'abord AC qui doit être supérieur au plus grand rayon d'excentricité des roues arrières (I9) afin que celles-ci puissent tourner sans être contrariées par l'axe (II) du levier (13). - D'autre part EI = EE (EAE' triangle isocele). Ce qui implique EI = EE' = AE sin &alpha; T ~ t - Nous avons encore : BB'2 = BC2 + B'C2 - 2 BC B'C cos BCB. Or cos BCB'# I (voir ≈4 ci-dessus). Ce qui entraîne : BB'2 # BC2 + B'C2 - 2 BC B'C = (BC - B'C)2), d'où BB' # BC - B'C Or BC = BD + DC et B'C = B'D' - D'C = BD - DC Nous avons donc BB' = (BD + DC) - (BD - DC) = 2 DC. Par homothétie nous obtenons : AB EE' AB BB' = EE' x, oe qui donne : DC = x AE 2 AE - Calculons maintenant la longueur de la bielle BD par rapport à celle du villebrequin DC Nous pouvons écrire : BC2 = (BD + DC)2 = BD2 + 2 BD DC + DC2 (voir ci-dessus). BC2 = AB2 + AC2 - 2 AB AC cos ss (relations trigonométriques). B'C2 = (BD - DC)2 = BD2 - 2 BD DC + DC2 (voir ci-dessus). B'C2 = AB'2 + AC2 - 2 AB' AC cos (ss - &alpha;), et comme AB' = AB B'C = ABt + AC2 - 2 AB AC cos @@ @@ @@ Des équations précédentes nous pouvons tirer BC2 + B'C2 = 2(BD2 + DC2) BC2 + B'C1 = 2(AB2 + ACt - AB AC [cos (&commat;- d) + cos|#| |#| ) Or comme : cos (ss - &alpha;) + cosss = 2 cos (ss -&alpha;/2) cos&alpha;/2 On obtient la relation suivante : BD2 + DC2 = AB2 + AC2 - 2 AB AC cos (ss -&alpha;/2) cos&alpha;/2 6) CALCUL DES FORCES (voir figure 5) : Soit F@ la résultante des forces appliquées sur les étriers (E). # se décompose en deux forces # et # , cette dernière étant perpendiculaire à AE a pour valeur # = # x sin (# , AE). En B point d'attache (I5) de la bielle sur le levier # produira une force F3 telle que : F3 = F2 x AE AB # se décompose en deux forces # et # ; cette dernière agissant sur la bielle BD a pou valeur # = # x cos (# , BD) - # x sin (###). # , appliquée en D, se décompose en deux forces # et # ; cette dernière étant perpendiculaire au villebrequin DC a pour valeur # = # sin (# , DC) = # x sin (###). Soit # le poids de l'enfant et de la monture. Cette force s'applique au centre de gravité de l'ensemble et se décompose en trois forces : # appliquée sur la roue avant, # et # appliquée chacune sur une roue arrière. Sur notre schéma, # et # s'appliquent en C' centre du cercle que constitue la projection perpendiculaire des roues arrières sur un plan vertical. La résultante P*3 se décompose en deux forces # et P5 ; cette der nière étant perpendiculaire à C'C a pour valeur # = # x sin Pour que la machine fonctionne, il faudra donc que # x DC > # x C'C (travail). Or # = # sin (###) # sin (###) sin (###). # = # AE sin (###) sin (###) = # ## sin (#, AE) sin (###) sin (###) AB AB AE DC D'où : # sin (# , AE) sin (###) sin (###) > # sin (# , C'C). AB CC' De cette relation on peut déduire que AE doit être maximum, ce qui AB signifie que B doit être au plus près de A. De même le bras de villebrequin DC doit entre supérieur à l'excentricité CC' pour obtenir un rapport DC AE DC important. On comprend ainsi l'importance des rapports et , qui CC' AB CC' seuls permettent à l'action produite par la poussée des jambes d'être supérieure à l'inertie due à l'effet du poids sur les roues arrières. En effet, sin (#, , AE) ne peut au maximum que tendre vers I, ce qui implique que EA doit rester proche de l'horizontale puisque # s'exer- ce verticalement. De même sin (-ABD) doit tendre vers I ce qui correspond à une bielle BD proche de la perpendiculaire avec le levier EA. Quant à sin (###) et sin (# , C'C) ils sont variables de O à I de par la rotation du villebrequin et des roues arrières. Toutefois leur variation doit être coordonnée de telle sorte que sin (###) = sin (#, C'C), ce qui implique que : (# , C'C) = ### ; cela sigaifie que l'angle que fait le plus grand rayon (CC') avec la verticale (#) ) doit être égal à l'angle que fait la bielle (BD) aveo le bras du villebrequin (DC). Ceci ePt surtout intéressant quand les forces appliquées (voir figure 6) sont maximales, c'est-à-dire quand # = # et # = # , autrement dit quand F5 est perpendiculaire à DC et P2+3 perpendiculaire à CC'. Pratiquement il suffit donc de fixer le villebrequin sur les roues quand, la bielle étant perpendiculaire au bras de villebrequin, le plus grand rayon d'excentricité des roues arrieres est en position horizontale à l'opposé dudit bras. 7) CONSIDERATIONS DIVERSES - Les dimensions de la monture ainsi décrite sont à adapter à la taille des utilisateurs. Ainsi un garçon de cinq ans ayant une taille minimale de I mètre et un garçon de douze ans mesurant au maximum 1,50 mètre, leur entrejambe respectif seront de 0,45 et 0,70 mètre. Le fait de replier les jambes permet dans le premier cas un mouve ment de 0,25 mètre, dans le second il autorise un déplacement de 0,40 metre. - Des perfectionnements peuvent être apportés à l'invention Ainsi peut-on concevoir des étriers réglables en fonction de la taille de l'utilisateur. D'autre part le système de fixation en quatre points (deux pour le mécanisme de direction, deux pour les roues motrices) peut être amélioré par la réalisation d'une armature qui assurerait une plus grande rigidité et une meilleure solidité au caparaçon. - Les imitations en matière plastique d'armes médiévales telles qu'épée, lance, écu, cuirasse, heaume ou bassinet à mézail sont des jouets complémentaires de l'invention. - Le cheval caparaçonné peut également être mu au moyen d'un moteur électrique alimenté par batterie sèche. Dans ce cas les roues arrières ne sont pas excentrées et la commande du moteur peut se faire soit par les étriers, soit par les poignées. 8) EXEMPLE DE DIMENSIONS Soit le cas d'un enfant âgé de sept ans, pesant trente kilogrammes, et mesurant I,20 metre. Son entrejambe qui sera approximativement de 0,55 mètre, lui autorisera un mouvement de 0,30 mètre d'amplitude verticale (EE'). La hauteur du cheval au garrot sera dans ce cas de 0,60 mètre. Le diamètre des roues arrières étant de 0,30 mètre, elles auront un développement de 0,95 mètre. Choisissons les dimensions suivantes AC = 0,45 m et le levier AE = 0,60 m. Selon les relations précédemment établies nous aurons sin&alpha;= EE'= 0,30 = 0,25 ce qui entraîne : 2 2AE 2 x 0,60 Oc = I40 30' saint 2 = 800, nous avons alors 65030' \21 AC O I - sint ot V I - sin6530 0,428 t I sinLI403Oi Ce qui donne AB > 0,428 x 0,45) = 0,I926. Soit AB = 0,20 m Nous obtenons BB' EE' x AB 0,30 x 0,20 DC = = = = 0,05 m. 2 2AE 2 x 0,60 La longueur de la bielle BD sera la suivante BD2 = AB2 + AC2 - 2 AB AC cos (ss -&alpha;/2) cos&alpha; /2 Ce qui dans le cas présent donne : BD = 0,41 m. En choisissant CC' = C,025 m les rapports suivants : AE = 0,60 = 3 et DC 5 0,05 = 2, permettent de multiplier la pous AB 0,20 CC' 0,025 sée des jambes par 6 (3 x 2). Donc, en supposant que le cavalier et sa monture pèsent ensemble 36 kgs, le poussée à exercer sera approximativement de 6 kgs (36/6), soit 3 kgs par jambe. REVENDICATIONS I) Le cheval mécanique ainsi décrit dans son ensemble. 2) Le caparaçon Drotégeant le cheval et qui permet de cacher les mécanismes quels que soient ceux-ci. 3) Le mécanisme de direction à tête mobile ou non qui, dans les virages provoque un déplacement du polygone de sustentation dans le sens de la force centrifuge. 4) Le mécanisme de propulsion par poussée simultanée des jambes sur deux étriers mobiles solidaires et la remontée automatique de ces derniers, grâce à l'excentricité des roues arrières motrices. 5) Les reproductions complémentaires et inoffensives d'armes médiéva les