Brevet FR2589212A1 — publié le 19870430

La présente invention concerne un dispositif à organes rotatifs s'adaptant aux mécanismes appliqués actuellement,-tel que les manivelles de pédalage pour la bicyclette, ou le mécanisme bielle vilebrequin, pour les moteurs à piston, pompes, dans le but dlaméliorer le rendement énergétique de ces systèmes de transmission. Un dispositif de ce genre est applicable lorsqu'on cherche les moyens de transformer le plus directement possible le mouvement linéaire en rotatif de façon à transmettre la force de poussée avec un maximum de vigueur; ainsi pour y parvenir on peut imaginer le remplacement de la bielle par une crémaillère double en liaison avec deux pignons dont chacun d'eux serait alternativement en prise avec l'arbre moteur et dans une direction opposée; la force de poussée du piston serait ainsi directement transformée en force tangentielle, mais cette solution parait très difficile à appliquer en raison de la précision mécanique à apporter et surtout des chocs que subirait le mécanisme à chaque changement de direction de l'organe de poussée. Dans un système à manivelle ou vilebrequin appliqué à la bicyclette ou au moteur, la trajectoire linéaire est transformée en trajectoire circulaire au point d'application du pied sur la tête de manivelle, ou de la tête de bielle sur le vilebrequin ce qui a pour inconvénient de créer un point mort, passage durant lequel la force tangentielle se trouve momentanément orientée dans une direction orthogonale à celle de l'organe de poussée, le phénomène arrive et décline progressivement au cours de la rotction, mais il empêche la transformation optimun de la force linéaire en force tangentielle sur une partie importante de la rotation d'ou une perte de rendement importante. Plusieurs soluticns semblent avoir été étudiées dans ce domaine et notamment deux brevets d'invention dont le principe est basé sur le fait que la manivelle ne transmet pas directement le couple moteur, mais le transmet par le relai d'organes de transmission rotatifs adaptés sur les deux axes de ces manivelles. Ainsi le brevet n 2.154.810 du 7 janvier 1971, adapté à la bicyclette où les organes de transmission rotatifs sur la manivelle sont deux pignons identiques entrarnés par une channe parallèle à l'axe longitudinal de cette manivelle, mais la conception du dispositif semble aboutir à un blocage des deux pédales, de plus le mécanisme a une rotation inverse à celle nécessaire pour l'entrainement d'une roue arrière de bicyclette se développant vers l'avant; enfin le brevet n 2.125.605 du 4 février 1972, basé sur le m8me principe de pignons et chaine le long d'une manivelle avec en extrémité de la manivelle de base une deuxième manivelle solidaire du pignon qui accèlère la rotation.Or lorsqu'on analyse la cinématique du mécanisme il semble que sous la poussée linéaire d'une jambe ou d'une bielle, la manivelle secondaire prend une position basse, comme le ferait une pédale fortement décentrée, pour ne plus là quitter. La présente invention remédie aux inconvénients énoncés ci-dessus par un dispositif de transmission se rapportant principalement à la bicyclette ou au moteur à piston, qui modifie en cours de mouvement le point d'application de la force linéaire sur les organes rotatifs, comportant des organes. recevant de manière décentrée l'effort moteur autour de l'extrémité des bras de manivelles et solidaire de pignons transmettant par un dispositif de transmission leur mouvement à un arbre coaxial de l'axe des manivelles caractérisé en ce que le dispositif de transmission est constitué d'un pignon engrènant directement et de façon contrarotative avec le pignon solidaire de l'organe pivotant recevant l'effort moteur et en ce que le dit arbre coaxial comporte des moyens de récupération du couple produit. I1 est prévu selon l'invention que lorsque le dispositif est destiné à une bicyclette dans laquelle l'organe de réception de l'effort moteur est une pédale allongée associée à un élément de retenue du pied caractérisé en ce que le plateau associé à la channe de transmission est solidaire du pignon lui-même solidaire de l'arbre formant axe creux dans lequel tourillonne l'axe solidaire des manivelles. I1 est également prévu selon l'invention que lorsque le dispositif est destiné à un moteur, celui-ci est caractérisé en ce que l'organe pivotant recevant l'effort moteur comporte un axe excentré sur lequel s'articule le pied de la bielle du moteur ainsi qu'un bras radial dans lequel est prévu une rainure ou coulisse un galet solidaire d'une manivelle auxiliaire ellemême reliée à un ensemble de trois manivelles dont deux sont articulées entre elles- par une biellette et reliées à la manivelle solidaire par une extrémité de l'arbre -sur lequel est monté l'organe de réception de l'effort moteur. Selon encore une autre caractéristique en ce que la manivelle auxiliaire est décalée angulairement par rapport aux manivelles du vilebrequin provoquant à chaque rotation le coulis servent du galet entraînant par une oscillation irrégulière du bras une accélération appropriée des pignons moteur. Dans le cas où le dispositif se rapporte à la bicyclette, il comporte un axe creux central pivotant dans le palier du corps de la bicyclette, cet axe comportant à chaque extrémité un pignon fixé solidairement par méplats et écrous de blocage. L'un de ces pignons reçoit sur son flan et concentriquement la couronne dentée, entraSnant la channe motrice. L'axe creux pivotant sert à son tour de palier à un axe plein substanté aux extrémités par deux corps de roulement bloqués sur l'axe creux, lesquels sont traversés par l'axe plein solidarisé à chaque extrémité à un corps de manivelle immobilisé sur lui par emmanchement et vis de blocage. Les manivelles disposées en opposition, servent à leur tour à chacune de leur extrémité de palier à un axe qui les traverse et qui solidarise de part et d'autre, un pignon satellite à l'intérieur, qui engrène avec le pignon central et un corps de pédale à l'extérieur, lequel a une structure allongée et comporte une bride liant le pied pour une bonne transmission des forces sur le corps de pédale. Le pied solidaire du corps de pédale allongé, par une pression du talon coordonné à la poussée de la jambe ou une traction de l'avant du pied coordonnée à la traction de la jambe, facilite le passage respectif des points morts haut et bas, en crèant un couple dans le pignon satellite qui s'aditionne au couple global par rapport à la manivelle pour les transmettre au pignon central moteur par deux rotations conjuguées, une rotation sur lui-même par impulsions et une rotation continue autour du pignon central. Dans le cas où le dispositif se rapporte à un moteur il comporte un ensemble de deux manivelles rotatives assemblées en parallèle par un axe commun dont elles sont solidaires, constituant un vilebrequin supportant en coté sur ses deux axes parallèles haut et bas de pivotement, deux pignons à rotation indépendante du vilebrequin engrènant entre eux, le pignon central transmettant le couple moteur et le pignon satellite animé de deux rotations, une rotation autour du pignon central qu'il entrarne, et une rotation sur lui-même par impulsions périodiques provoquées par le bras d'un corps articulé qui lui est solidaire pivotant comme lui sur l'axe périphérique du vilebrequin et recevant l'effort moteur linéaire. Selon d'autres caractéristiques la bielle exerçant la poussée axiale est montée pivotante sur le corps articulé par un axe situé au niveau de la périphérie du pignon satellite provoquant un couple entrarnant la rotation du pignon satellite sur lui-même et un couple entraînant le vilebrequin autour de l'axe central et conjointement le pignon central lié au satellite qui suit la rotation du vilebrequin. Comme pour la bicyclette, on voit que le pignon satellite a une rotation concentrique temporaire, il suffit de diriger cette rotation pour qu'elle se produise au moment favorable, c'est-à-dire principalement au point mort haut, et que le mouvement permette à ce pignon de reprendre sa position initiale après la rotation complète du vilebrequin. A cette fin le bras solidaire du corps articulé et du pignon satellite comporte une rainure longitudinale où coulisse un galet pivotant à l'extrémité d'une manivelle auxiliaire dont l'axe central pivote dans un palier solidaire du carter décentré en profondeur et en niveau par rapport à celui du vilebrequin. Cette manivelle s'aligne avec celle du vilebrequin opposée aux pignons et pivote dans un même plan, mais elle est décalée angulairement d'environ 45", sa direction convergeant vers celle du vilebrequin, en partant de son axe central. Enfin cette manivelle auxiliaire ainsi que son homologue du vilebrequin sont prolongées chacune d'une contre-manivelle en direction opposée, solidaire au-delà de leur palier respectif, par leur axe central. Ces prolongements de manivelles sont rigoureusement parallèles pour leur permettre d'être solidaire en rotation par une biellette de liaison pivotante à leur extrémité, en sorte que la manivelle auxiliaire soit entraRnée solidairement dans la rotation de l'ensemble, provoquant par son galet les oscillations du bras et du pignon satellite grâce à son décalage angulaire par rapport au vilebrequin, l'os- cillation maximum ayant lieu justement à la crête du point mort haut. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée ci-après faite en référence aux dessins annexés. Bien entendu la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure 1 est une coupe transversale de l'ensemble appliqué à la bicyclette montrant la cinématique du dispositif. La figure 2 se rapportant à la bicyclette est une coupe longitudinale de l'ensemble au niveau des axes de pivotent principaux. La figure 3 est une coupe transversale de l'ensemble appliqué au moteur à piston, montrant la cinématique du dispositif. La figure 4 se rapportant au moteur est une coupe longitudinale de l'ensemble au niveau des axes de pivotement principaux. La figure 5 est une projection détaillée d'un organe du dispositif représenté sur la figure 4. En se rapportant aux dessins 1 et 2 concernant la bicyclette on voit qu'un dispositif conforme à l'invention est composé d'un palier 40 solidaire du corps de bicyclette comportant à ses deux extrémités un filetage intérieur 41, et traversé par un axe creux 42, avec deux épaulements usinés incurvés 43, recevant chacun une rangée de billes 44, contre-épallée chacune par une cage de roulement 45, vissée dans le filetage intérieur 41, du palier fixe 40 et bloqué sur lui par deux contreécrous 46. L'axe creux se prolonge à chaque extrémité au-delà des cages de roulement 45, lesquels prolongements comportent chacun une partie usinée à quatre ou six méplats 47, suivi après l'épaulement d'une partie filetée 48, pour le montage et le blocage d'une couronne 49, munie des mêmes méplats femels et bloquée sur l'axe creux 42, par un écrou 52.Cette couronne 49, est solidaire d'un pignon central 50, par des branches à double cambrages 51, éloignant la denture vers l'extérieur et permettant sur l'un d'eux de fixer par des boulons 85, la couronne dentée motrice 82, concentriquement à l'engrenage permettant le passage de la channe de transmission 83, s'enroulant sur elle. L'axe creux 42, sert à son tour de palier à un axe plein 54, qui le traverse longitudinalement comportant-à chaque extrémité un épaulement usiné, incurvé 55, recevant une rangée de billes 56, contre-épaulée par une cage de roulement 57, se vissant aux deux extrémités de l'axe creux 42, et bloqué par un écrou 60,servant de contre-écrou à l'écrou 52, bloquant la couronne du pignon central 50 sur l'axe creux 42. L'axe plein 54, après avoir traversée les cages de roulement 57, qui le soutiennent est à son tour assemblé solidairement à ses extrémités à deux manivelles 62 orientées et emboîtées en opposition par un emmanchement carré 61, et bloquées sur lui en bout par une vis 63 et une rondelle 64, dans les filetages 65, de l'axe plein, les vis 63, étant noyées dans un lamage 66, sur chaque manivelle. Ces manivelles 62, comportent chacune à leur extrémité un alesage 67, dans lequel est ajusté une cage de roulement 68, à deux épaulements intérieurs 69, et deux filetages extérieurs 70, permettant son blocage de part et d'autre de l'extrémité de manivelle par deux écrous 71. La cage de roulement 68, en extrémité de chaque manivelle est à son tour traversé par l'axe de pédale 73, soutenu par deux rangees de llle 7-e, l'une extérieur emprisonnée par l'épaulement extérieur 75, de l'axe, et l'autre intérieur emprisonnée par une cage de roulement épaulée 76, serrée sur un filetage 75, de l'axe de pédale qui se termine en extrémité par un manchon carré 78, pour l'emboîtement d'un pignon satellite 79, engrènant avec le pignon central 50, et bloqué par une vis 80, vissée dans un taraudage 81, situé en bout de l'axe de pédale 73. Le corps de pédale 72, a une structure allongée et une bride 84, solidaire de façon que le pied par une pression du talon dans le mouvement descendant, et une traction de la pointe avant du pied dans le mouvement ascendant transmette au pignon satellite 79, solidaire de la pédale 72, le couple provoquant sa rotation concentrique au passage des points morts s'ajoutant au couple dû à la rotation du pignon central 50, par la poussée de la jambe sur la manivelle, améliorant le rendement énergétique par un travail plus complet de la cheville associé à celui de la jambe. En se rapportent au dessin figures 3, 4 et 5 concernant un moteur à piston on voit qu'un dispositif conforme à l'invention est composé d'un carter support 1, rattaché à une chambre de combustion 2, dans laquelle circule un piston 3, en liaison articulée avec une bielle 4, elle-même montée pivotante par son autre extrémité 5, a un corps articulé 6, dans une réservation 7, par une axe 8, fixé sur le pied de bielle 5, par une goupille 21, le corps 6, comportant à une extrémité un pignon satellite 9 qui lui est solidaire et articulé sur toute sa longueur sur un axe 10, suivant la direction X2 - X2', solidairé d'un coté par un emmanchement carré 13, et le blocage d'un écrou 14, d'une manivelle 12, articulée sur l'axe moteur 18, et du coté opposé d'une manivelle 12' pivotant par un axe solidaire 11 suivant la direction X1 - Xl' dans un palier 13 du carter emprisonné par une coquille 14, bloquée par deux vis 15, emprisonnant l'axe 11 solidaire symétriquement d'une contremanivelle 16, disposée sur l'autre face du palier, en opposition à la manivelle 12, par rapport à leur axe commun 11. Le pignon satellite 9, appartenant au corps articulé 6, engrène avec un pignon central 17, solidaire de l'arbre moteur 1â, suivant la direction Xl - X1' pivotant dans un palier 19, du carter support emprisonnant l'extrémité de la manivelle 12, par un palier 20. On voit ainsi que les deux manivelles 12 et 12', pivotant autour de leur axe central suivant XI - X1', constituent un vilebrequin 20, permettant la rotation à l'ensemble corps articulé 6 et bielle 4, animé autour des axes suivant X2 - X2', et X3 - X3'. Le corps articulé 6, comporte également un bras solidaire 22, muni d'une rainure 23, dans laquelle coulisse un galet 24, solidaire d'un manivelle auxiliaire 25, par un axe 26, bloqué par écrou 27. Comme on le voit figure 3, la manivelle 25, à une longueur équivalente à la manivelle 12', et elle est articulée comme elle sur un axe 28, qui là lie solidairement à une contre-manivelle 32, sur l'autre face du palier 29, auquel elle est ver- rouillée par une coquille 30, bloquée par 2 vis 31.Les deux contre-manivelles 16 et 32, sont orientées parallèlement et liées entre elles en extrémité, par une biellette 33, articulée respectivement sur des axes épaulés 34, bloquées par des écrous 35, noyés dans des lamages 36, cependant la manivelle 25, se trouve décalée angulairement de 1356 avec sa contre-manivelle 32, lui donnant une orientation convergente de 45 par rapport à la manivelle 12', enfin l'axe 28, de la manivelle 25, est décalé en profondeur par rapport à l'axe 11, de la manivelle 12, à une distance suffisante pour permettre le dégagement de ces manivelles à chaque rotation. En se rapportant à la figure 3, on comprend la cinématique du dispositif lorsque la bielle descend suivant la direction F4, le pignon satellite 9, pivote sur lui-même suivant FI, entraînant le vilebrequin 20, et le pignon central 17, suivant F2; c'est alors que l'axe 8, de la tête de bielle 5, suit une trajectoire Tri en forme de coeur inversé dont les points marqués par des ronds numérotés en chiffre romains de I jusqu' XII, correspondent aux différentes positions de l'axe 10 du satellite se déplaçant sur le cercle Cl autour de l'axe central suivant X1 - Xl'. Chaque positon de l'axe 8 sur la trajectoire Trl est traversé sur la figure 3 par un trait noir qui rejoint l'axe 10 du cercle C1 à un point du cercle C2 représentant les positions du galet 24, de la manivelle auxiliaire 25, à chaque avance angulaire de ce galet en correspondance avec l'axe 10 du vilebrequin, ces traits noirs représentent l'inclinaison du bras 22, indiquant l'angle de rotation du pignon satellite 9 sur luimême et par conséquent l'accélération du pignon central 17, surtout dans la zone du point mort haut. Lorsqu'on analyse la présente invention en compatant les trajectoires Trl du pied de bielle à son axe 8 dans la zone active, délimitées figure 1 par l'espace tramé, la courbs Trl représentant la trajectoire avec le dispositif et la courbe Tr2 avec le système bielle manivelle classique, correspondant l'une et l'autre à un déplacement linéaire identique suivant la direction F4, de l'axe de bielle entre les points I et VII; on constate que la trajectoire Trl est environ les trois-quart de la Tr2, pour une puissance développée identique, car le parcours angulaire de l'arbre moteur 18, est dans le rapport inverse des couples transmis du pignon central par rapport à celui transmis par la manivelle, du système classique. De plus si l'on compare les espaces e et el, e étant l'espace linéaire axial qu'a parcouru la bielle pendant le premier quart de tour descendant et el son équivalent angulaire au point III, on voit que el est environ de double de e, or c'est dans cette phase que la force de poussée est la plus importante. Il semble clair que le dispositif soit performant apportant une amelioration de rendement d'environ vingt cinq pour cent. RrVE:l\'DICATIONS 1) Dispositif destiné à faciliter le passage des points morts dans un système ae transformation de mouvement linéaire en rota- tif du type comportant des organes (6) ou (72) recevant de manière décentrée l'effort moteur autour de l'extrémité des bras de manivelles (12 - 12') ou (62) et solidaires de pignons (9-17) ou (50-79) transmettant par un dispositif de transmission leur mouvement à un arbre (18) ou (42) coaxial de l'axe des manivelles (12-12') ou (62) caractérisé en ce que la transmission est constituée d'un pignon (17) ou (50) engrènant directement et de façon contrarotative avec le pignon (9) ou (79) solidaire de l'organe pivotant (6) ou (72) recevant l'effort moteur, et en ce que le dit arbre coaxial (18) ou (42) comporte des moyens de récupération du couple produit. 2) Dispositif selon la revendication 1 destiné à une bicyclette dans laquelle l'organe de réception de l'effort moteur est une pédale allongée (72) associée à un élément de retenue du pied (84) caractérisé en ce que le plateau (82) associé à la chaine de transmission (83) est solidaire du pignon (50) lui-même solidaire de l'arbre (42) formant axe creux dans lequel tourillonne l'axe (54) solidaire des manivelles (62). 3) Dispositif selon la revendication 1 destiné a' un moteur caractérisé en ce que l'organe pivotant (6) recevant l'effort moteur comporte un axe excentré (8) sur lequel s'articule le pied de bielle (5) du moteur ainsi qu'un bras radial (22) dans lequel est prévu une rainure (23) où coulisse un galet (24) solidaire d'une manivelle auxiliaire (25) elle-même reliée à un ensemble de trois manivelles dont deux (16) et (32) sont articulées entre elles par une biellette (33) et reliées à la manivelle (12') solidaire par une extrémité de l'arbre (10) sur lequel est monté l'organe (6) de réception de l'effort moteur. 4) Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que la manivelle auxiliaire (25) est décalée angulairement par rapport aux manivelles (12) et (12') du vilebrequin (20) provoquant à chaque rotation le coulissement du galet (24) entraînant par une oscillation irrégulière du bras (22) une accélération appropriée des pignons moteurs (9) et (17).