Brevet FR2558816A1 — publié le 19850802

MECANISME POUR TRANSFORMER UNE FORCE QUI SE MODIFIE DE FACON CONSTANTE OU LINEAIRE EN UNE FORCE PROGRESSIVE. L'invention concerne un mécanisme pour transformer une force qui se modifie de façon constante ou linéaire en une force progressive, comprenant un câble de traction et au moins une poulie fixe. On a besoin dans de nombreux domaines de la technique, de forces augmentant progressivement. De nombreuses constructions destinées à obtenir ces forces progressives sont connues. L'une de ces solutions utilise des leviers coudés pouvant tourner autour d'un axe. Si l'on fait tourner le levier coudé, les bras de levier se modifient, ce qui permet d'obtenir la progression désirée. En dehors du fait que les mécanismes à leviers coudés de ce type sont compliqués et demandent de la place, ils n'offrent aucune possibilité de modifier facilement la caractéristique de progression. D'autres mécanismes utilisent des disques à came de forme plus ou moins compliquée, par exemple en spirale, sur lesquels sont enroulés des câbles ou des chaînes. Ces mécanismes sont également peu maniables et peu esthétiques. La caractéristique de progression ne peut être modifiée qu'en rempla çant le disque à came. On utilise pour la suspension du châssis de véhicules automobiles, et notamment de camions, par rapport au train de roues, des ressorts à caractéristique de progression formés spécialement. La fabrication de ces ressorts est coûteuse. Il est pratiquement impossible de modifier la caractéristique de progression de véhicules équipés de ressorts progressifs de ce type. Pour réaliser des forces progressives, on utilise également des installations hydrauliques spéciales. Dans ces installations, la force progressive est obtenue par des agents compressibles enfermés dans des réservoirs, surtout des gaz. Mais les installations hydrauliques sont relativement coûteuses. C'est pourquoi elles ne sont essentiellement utilisées en série, pour la suspension de véhicules, que par une seule firme au monde. D'autres mécanismes encore utilisent des leviers à un ou à deux bras montés de manière que le rapport entre le bras de puissance et le bras de charge se modifie au moyen de la manoeuvre du levier. Une construction de ce type est utilisée par exemple dans l'appareil d'exercices physiques et de développement corporel du brevet européen EP-A 21 557. Dans cet appareil, les leviers actionnés par l'utilisateur pour soulever des poids sont montés de façon mobile sur des guides en oblique. Quand on soulève le levier, son point d'appui se déplace vers l'arrière, ce qui modifie le rapport entre le bras de puissance et le bras de charge d'une façon progressive. L'augmentation progressive de la force de résistance s'opposant aux muscles de l'utilisateur dans les appareils d'exercices physiques, repose sur le phénomène connu selon lequel le résultat des exercices est le meilleur quand la force de résistance de l'appareil correspond à la puissance appliquée par la musculation qui, chez l'homme, respecte la loi des leviers en ce qui concerne la coopération entre le squelette et la musculature. Il est vrai que l'allure d'un diagramme de la puissance de musculation de ce type est, en principe, le même pour tout le monde; mais on constate des différences individuelles d'une part en ce qui concerne l'importance absolue des forces selon que l'utilisateur est un adolescent ou un adulte, une personne non entraînée ou entraînée, etc., et d'autre part en ce qui concerne l'augmentation optimale de la progression.Si l'utilisateur s'entraîne par exemple dans le but d'augmenter sa force maximale, une progression relativement faible est alors la meilleure; s'il s'entraîne dans le but d'augmenter la rapidité de ses réflexes, une progression importante devient alors optimale. Les appareils d'exercices physiques et de musculation et d'entraînement de conception simple fonctionnent avec des disques à came et des câbles ou ces chaînes enroulés autour des disques à came. Dans ce cas, une adaptation individuelle devient impossible ou n'est possible qu'après une transformation coûteuse. D'autres appareils qui permettent une meilleure adaptation individuelle fonctionnent avec des installations hydrauliques; de ce fait, ils sont notablement plus coûteux et plus compliqués. La présente invention a pour but de proposer un mécanisme du type précité, c'est-à-dire comprenant un câble de traction et une poulie fixe qui puisse être réalisé de façon très simple et à peu de frais,mais qui puisse permettre de modifier la progression dans des limites étendues et pratiquement pour toutes les valeurs absolues des forces. A cet effet, la poulie fixe sert de poulie de renvoi, aux deux extrémités du câble de traction sont appliquées les mêmes forces, entre la poulie fixe et l'une des extrémités du câble est disposée une poulie mobile et les brins de câble allant de l'extrémité du câble ou de la poulie fixe vers la poulie mobile embrassent un angle déterminé. Ce mécanisme comprend toutes les pièces entrant dans la construction d'un moufle habituel: poulie fixe, poulie mobile, câble de traction, forces appliquées à la poulie mobile et à l'extrémité du câble. Quand il s'agit d'un moufle traditionel, ces parties sont disposées de manière que les forces résultantes n'agissent qu'en direction de la ligne de liaison directe entre les deux poulies du moufle. Une force constante est appliquée à l'extrémité libre du câble, cette force étant réduite par rapport au poids suspendu à la poulie inférieure selon le nombre de brins individuels du câble entre la poulie supérieure et la poulie inférieure. Les appareils de levage hydraulique à grande course, appelés moufles inversés ou poulies motrices multiples, présentent également ce comportement de principe. Dans ce cas, une force hydraulique importante appliquée par un piston à course agit directement entre les chapes des poulies, alors que la charge à soulever est suspendue à l'extrémité libre du câble. La présente invention est, par contre, basée sur le fait que les forces progressives apparaissent au niveau de la poulie mobile quand les poulies fixes sont situées à une distance mutuelle telle que les brins de câble allant à la poulie mobile embrassent un angle déterminé et ceci meme quand des forces constantes sont appliquées aux extrémités libres du câble. Des forces constantes de ce type sont obtenues par exemple par des poids qui sont soumis à l'influence de la gravité. Si l'on commence. en partant de la position de départ dans laquelle le brin du câble sur lequel se trouve la poulie mobile est tendu, par déplacer la poulie mobile au moyen du câble à l'encontre des forces appliquées à l'extrémité du câble, la force de la résistance augmente alors progressivement en partant de zéro pour finalement tendre à devenir asymptotique en direction de la valeur limite. Selon une caractéristique avantageuse, la distance entre la poulie fixe et l'extrémité du câble qui est adjacente à la poulie mobile peut être modifiée. Cette distance qui a une influence, pour une course constante de la poulie mobile, sur l'angle compris entre les deux brins de câble allant à la poulie mobile, permet de réglerla caractéristique de progression cherchée. La progression, au cours de laquelle la force appliquée à la poulie mobile part d'une valeur nulle et a tendance à parvenir à une valeur limite de façon asymptotique, peut être réglée par une simple modification de cette distance dans des limites en pratique quelconques. Selon une autre caractéristique avantageuse, la poulie mobile est guidée le long d'une piste de guidage. Cette piste peut être rectiligne ou curviligne, ce qui permet d'exercer d'autres influences sur la caractéristique de progression lorsqu'il y a augmentation de la force. De préférence, on prévoit au moins deux poulies fixes constituant des poulies de renvoi, la poulie mobile étant disposée entre les deux poulies fixes et la distance entre les deux poulies fixes pouvant être modifiée. Un agencement de ce type est également facile à réaliser. Il permet de modifier facilement la distance mutuelle entre poulies de renvoi pour modifier la caractéristique de progression, et dans ce cas ni la position de départ du mécanisme - câble tendu entre les deux poulies de renvoi - ni la position terminale qui peut être atteinte de façon asymptotique ne sont influencées par la modification de la distance entre les poulies. On peut ainsi déterminer la position terminale inférieure et la position terminale supérieure du poids indépendamment de la distance entre les poulies fixes, par exemple en créant les forces agissant aux extrémités du câble au moyen de poids. Des utilisations préférées du mécanisme selon l'invention concernent l'état de la technique décrit dans le préambule, c'est-à-dire les appareils d'exercices physiques ou de musculation et d'entraînement, pour remplacer les disques à came, les leviers coudés, les installations hydrauliques, etc, utilisés jusqu'ici. Pour augmenter la puissance appliquée par la musculation, la poulie mobile est accouplée à une poignée ou à une pédale actionnée par l'utilisateur, une extrémité du câble étant fixée au bâti de l'appareil et l'autre extrémité étant reliée à un poids habituel. Dans une construction de ce type, la caractéristique de progression peut être réglée par une simple modification de la distance mutuelle entre les poulies fixes ou de la distance entre l'extrémité du câble et la poulie fixe alors que la valeur absolue de la force est réglée par des poids plus ou moins importants.On peut ainsi adapter les appareils à chaque cas d'utilisation, qu'il s'agisse d'un adolescent ou d'un adulte, d'un débutant ou d'un sportif très entraîné, ou encore qu'il s'agisse d'un entraînement pour obtenir une force maximale ou d'un entraînement pour obtenir de la rapidité. L'autre cas d'utilisation préféré du mécanisme selon l'invention, concerne la suspension de véhicules automobiles et en particulier de camions. Dans ce cas, la poulie mobile doit être reliée à l'essieu et les poulies fixes au châssis. La force appliquée par le câble est obtenue de préférence par un ressort monté entre les extrémités du câble et le châssis. Dans ce cas, la valeur maximale de la force de suspension peut être déterminée par la force du ressort incorporé dans le câble, et la caractéristique de progression par la distance mutuelle entre poulies fixes. Pour modifier la caractéristique de progression, les poulies fixes sont montées de façon à pouvoir être déplacées par rapport au châssis. Dans ce cas également, on constate le fait qu'aussi bien la position de départ que la position finale atteinte de façon asymptotique de la course de la suspension sont indépendantes de la distance mutuelle entre poulies fixes, ce qui constitue un avantage décisif par rapport aux solutions habituelles actuellement connues. En raison de ce fait, il est possible de régler la distance mutuelle entre les poulies fixes même quand le véhicule circule Dans ce cas, la caractéristique de suspension peut être adaptée à un poids différent, ou bien la dureté de la sus pension peut être modifiée alors que le poids reste le même. On peut donc adapter la caractéristique de suspension depuis la cabine du conducteur et sans interruption de la marche quand on passe par exemple d'une route asphaltée à un terrain non viabilisé. D'autres caractéristiques de l'invention ainsi que leurs avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente la constitution de base d'un mécanisme selon l'invention; La figure 2 représente une installation améliorée avec indication des valeurs nécessaires au calcul de la caractéristique de progression, La figure 3 est une vue schématique d'un appareil d'entraînement pour le maintien en forme ou pour la musculation, et La figure 4 est un diagramme des caractéristiques de progression que l'on peut obtenir au moyen du mécanisme selon l'invention montré à la figure 2. La figure 1 est la représentation la plus simple du dispositif qui ne comprend, dans ce cas, qu'une poulie fixe (1) une poulie mobile (2,2') et une fixation (3) d'une extrémité d'un câble (4). A l'extrémité libre du câble (4) est appliquée une force de préférence constante (G). Une force de même importance est créée à l'extrémité du câble qui est relié à la fixation (3) du fait de la force de réaction. La position de départ du mécanisme est indiquée par le trait mixte représentant le câble (4') tendu entre la fixation (3) et la poulie fixe (l). La poulie mobile (2') se trouve alors dans la position représentée en traits mixtes. Si l'on commence à exercer une traction verticale vers le bas sur la poulie mobile (2') en partant de la position de départ, la force de réaction (P) augmente progressivement en partant de zéro pour tendre finalement de façon asymptotique à la valeur P max= 2.G. La poulie mobile (2) est reliée à un guide rectiligne (5). Ce guide (5) empêche la poulie mobile (2) de se déplacer latéralement quand la fixation (3) du câble est déplacée latéralement, comme indiqué par la double flèche (6), quand on veut modifier l'angle formé par les brins de câble allant à la poulie mobile (2) et de ce fait la caractéristique de progression de la force (P). La figure 2 représente une construction perfectionnée du mécanisme qui utilise deux poulies fixes (1,11) et une poulie mobile (2); la position de départ est alors celle qui est indiquée par la ligne en traits mixtes (4') lorsque le câble 14) est tendu entre les deux poulies fixes (l,ll). Une nodification de la distance mutuelle séparant les deux poulies fixes (1,11), telle qu'elle est indiquée par la double flèche (6), n'a aucune influence sur la position de l'extrémité libre du câble (4) et seulement une influence sur la caractéristique de progression de la force (P) qui est appliquée à la poulie mobile (2). Si l'on déplace symétriquement les deux poulies fixes (1,11) par rapport à la poulie mobile (2), un guidage de la poulie mobile (2) devient inutile. A la figure 2 sont en outre, indiquées les grandeurs nécessaires au calcul de la caractéristique de progression de la force (P).(H) désigne la course du bord inférieur de la poulie mobile (2) par rapport à la position de départ, c'està-dire par rapport au bord supérieur des poulies fixes (1,11). (D) désigne la moitié de la distance mutuelle séparant le centre des deux poulies fixes (1,11). L'angle formé par les brins de câble allant à la poulie mobile (2) et la verticale est désigné par$ . La poulie mobile (2) a un rayon (R), les poulies fixes (1,11) ont des rayons (r).Grâce aux grandeurs indiquées à la figure 2, on peut déterminer les équations de définition suivantes P = 2.G.cos (1) tgd = d/h (2) d=D - (r+R)cos i (3) h=H.(r+R) (l-sin ) (4) En incorporant les équations (2) et (3) dans l'équation (4), on obtient l'équation suivante H/(r+R)=l-l/sino'+ cotd .D/(r+R) (5) Dans l'équation (5), la course (H) et la demi-distance (D) sont normalisées sur la somme constituée par le rayon (r) des poulies fixes (l,ll) et lue rayon (R) de la poulie mobile (2). Si l'on normalise également l'équation (1) sur la force (G) du câble, on peut calculer les courbes de progression normalisées de la force (P) et de la course (H). Ces courbes sont représentées à la figure 4, où la valeur D'=D/(r+R) constitue le paramètre. Il ressort de ces courbes que lorsque les valeurs (D') sont faibles, la force (P) monte rapidement en partant de zéro et tend à parvenir de façon asymptotique à la valeur finale (2G). Quand la valeur (D') augmente, la progression augmente de façon moins prononcée; dans tous les cas, l'augmentation part de la valeur zéro et se termine asymptotiquement à la valeur (2G). On peut obtenir des courbes comparables avec l'agencement de la figure 1. Ces courbes ont en principe la même allure; seules les valeurs absolues sont légèrement différentes. Finalement, la figure 3 est une représentation schématique de l'utilisation du mécanisme selon l'invention pour un appareil d'entraînement pour musculation ou maintien en forme, appelé "Butterfly", qui est destiné à la fortification des mouvements vers l'intérieur des bras et des épaules. On peut voir un châssis stable (20) sur le côté avant duquel est fixé un siège (22) au moyen d'une console auxiliaire (21). Au-dessus du siège (22) sont disposés des tringles (23) comportant des poignées (24), qui peuvent se déplacer des deux côtés et pivoter autour d'axes verticaux. Sur le côté arrière des tringles (23) sont prévuesdeux poulies mobiles(2) coopérant avec le câble de traction (4). Des poulies fixes (1,11) sont prévues respectivement sur la droite et sur la gauche des poulies mobiles (2), et leur distance mutuelle est modifiable. La fixation des poulies fixes (1,11) n'est pas représentée pour des raisons de clarté; on la réalise par exemple, au moyen de supports fixés au châssis (20). Le câble de traction (4) passe sur des poulies de renvoi (26) pour parvenir à un poids (27) guidé par des tiges de guidage (25). Pour compenser des modifications de longueur du câble (4), on le fait passer sur une poulie de renvoi à l'extrémité supérieure du bloc (27) constituant le poids, les deux extrémités du câble pouvant être fixées au châssis (20). Si les poignées (24) sont pivotées vers l'intérieur par l'utilisateur, les poulies mobiles (2) s'écartent vers l'extérieur, et le câble de traction (4) forme un V entre les poulies fixes (1,11). La force qui augmente progressivement et qui apparaît dans la région des poulies mobiles (2) est transmise par les tringles (23) aux poignées (24), ce qui fait que l'utilisateur perçoit une force de résistance qui augmente progressivement en fonction de la puissance qu'il applique. La caractéristique de progression de la force de résistance résultante au niveau des poignées (24) peut être réglée sans problème par modification de la distance mutuelle entre les poulies fixes (1,11), selon les courbes représentées à la figure 4. - REVENDICATIONS l. Mécanisme pour transformer une force se modifiant de façon constante ou linéaire en une force progressive, comprenant un câble de traction avec au moins une poulie fixe, caractérisé en ce que la poulie fixe (1) sert de poulie de renvoi, en ce qu'aux deux extrémités du câble de traction (4) sont appliquées les mêmes forces (G), en ce qu'entre la poulie fixe (1) et l'une des extrémités du câble (4) est disposée une poulie mobile (2) et en ce que les brins de câble allant de l'extrémité (3) du câble ou de la poulie fixe (1) vers la poulie mobile (2) embrassent un angle détermine. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance (2D) entre la poulie fixe et l'extrémité du câble (3) qui est voisine de la poulie mobile (2) est modifiable. 3. Mécanisme selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la poulie mobile (2) est guidée le long d'une piste (5) pour le guidage de son mouvement. 4. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux poulies fixes (1,11) sont prévues en tant que poulies de renvoi, en ce que la poulie mobile (2) est disposée entre les deux poulies fixes (l,ll) et en ce que la distance (2D) entre les deux poulies fixes (1,11) est modifiable. 5. Utilisation du mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, avec un appareil de maintien en forme et de musculation ou d'entraînement destiné à renforcer la musculation, caractérisée en ce que la poulie mobile (2) est accouplée à une poignée ou une pédale (24) actionnée par l'utilisateur, et en ce que les extrémités du câble sont reliée au bâti (20) de l'appareil ou à un bloc (27) constituant un poids. 6. Utilisation du mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, pour la suspension d'un véhicule automobile par rapport au train de roues, caractériséeen ce que la poulie mobile est reliée à l'essieu des roues et la poulie fixe ou les poulies fixes est ou sont reliées au châssis, et en ce qu'entre la ou les extrémités du câble de traction et le châssis est inséré un ressort. 7. Utilisation du mécanisme selon la revendication 6, caractérisée en ce que les poulies fixes sont montées de fa çon à pouvoir être déplacées sur le châssis. 8. Utilisation du mécanisme selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la distance (2D) entre les poulies fixes peut également être modifiée quand le véhicule est en marche.