Brevet FR2606847A1 — publié le 19880520

La présente invention concerne une transmission mécanique comportant transformation de mouvement. L'appareil projeté reçoit un mouvement rectiligne alternatif et le transforme en mouvement circulaire continu, et inversement. Cette transmission assure donc transformation réversible les prises de force sont soit menantes soit.menées. Dans l'état actuel de la technique, pour échapper aux inconvénients des bielles battantes et aux capacités imitées des outres systèmes, on a pensé à utiliser l'hypocycloide rectiligne, jusque-là simple curiosité géométrique. L'hypocyclode est la trajectoire d'un point périphérique d'un cercle tournant sans glisser à l'intérieur d'un cercle plus grand auquel il est tangent. Lorsque le cercle tournant a un diamètre deux fois plus petit que le cercle fixe, l'hypocyclolde est rectiligne. La droite hypocyclodale est égale au diamètre du grand cercle. Le point périphérique considéré du petit cercle décrit alternativement ce diamètre et toujours le même. I1 en résulte que tous les points périphériques du petit cercle décrivent un diamètre particulier du grand cercle et toujours le même. Les projets de transmission basés sur ce principe n'ont pas reçu une structure bien adaptée à leur fonction et on trouve même un cas d'impossibilité. - le roulement du rotor dans le stator n'est pas intégral; cette insuffisance rend obligatoire un arbre de sortie avec palier; le mouvement circulaire ne peut être recueilli qu'à l'extérieur de l'appareil. - la prise rectiligne alternative n'est pas traitée pour les charges auxquelles sont soumises ces transmissions; les axes de satellites ont une faible portée de fixation et un porte-à-faux important. - lorsque l'appareil fonctionne en double face, la prise circulaire n'est pas au centre du dispositif. - il n'y a pas d'équilibrage effectif et intégré de la transmission. - l'inconvénient le plus sérieux provient de la différenciation entre la partie lisse et la partie dentée du stator et du satellite générateur de l'hypocyclolde. Ces deux pièces sot présentées avec une denture de taille quelconque par rapport à la partie lisse d'appui; dans ces conditions, le mouvement hypocycloldal est irréalisable l'engrenage ayant priorité mécanique sur la friction plate, elle oblige cette dernière à patiner, ce qui détruit toute hypocyclolde. Le satellite générateur (petit cercle) constitue une seule pièce quel que soit son mode de fabrication la partie lisse et la partie dentée ne peuvent avoir un régime de rotation différent. L'objet de la présente invention est une transmission mé- canique réellement génératrice d'une droite hypocycloïdale parfaite et ayant vocation, par une structure compacte et fonctionnelle, à répondre aux besoins de l'industrie. En fait, pour réaliser cette transmission, la structure des pièces principales : petit cercle (satellite générateur) et grans cercle (couronne fixe), doivent répondre à deux conditions formelles a)- avoir au niveau de leur bande lisse de roulement, un diamètre (et une circonférence) exactement du simple au double. b)- le cercle primitif des dentures doit être au niveau précis des bandes lisses. La rotation sans glissement du satellite sur la couronne n'est obtenu par engrenage direct que de cette unique façon. Il en résulte que la couronne a deux fois plus de dents que le satellite, donc toujours en nombre pair. L'appareil projeté est conçu de telle sorte que les prises circulaires et rectilignes soient disponibles au plus près du rotor. h cette fin, le rotor est à roulement intégral parian nent et les axes d'éléments roulants sont aussi courts que possible. la prise circulaire peut alors s'effectuer directement sur l'appareil, sans arbre axial, palier de sortie ni flasque porteur. La prise alternative est un maneton de dimentions traité pour assurer les courses, charges et vitesses requises. Lorsque la transmission est en double face, la prise centrale est indifféremment circulaire continae ou rectiligne alternative. L'appareil est pourvu d'un équilibrage complet. Il peut fonctionner dans n'importe quelle position. Telle que la transmission est prévue, le grand cercle est matérialisé par une couronne rigide à surfaces d'action internes et qui constitue le stator. Le petit cercle tournant est dit "satellite de force". La couronne et la satellite de force comportent à leur pourtour une bande de roulement lisse en contact sans glissement; ces deux pièces fonctionnent comme des roues de friction dont une composante, la couronne, est immobile. Les diamètres de la couronne et du satellite de force sont calculés au niveau de leur bande de roulement; celui de la couronne est exactement le double de celui du satellite. Sur chacune des pièces, la denture est accolée aux bandes lisses; les cercles primitifs de cet engrenage sont impérativement au niveau des bandes de friction. Le rotor est à roulement intégral, toutes directions. Dans ce but, le roulement lisse du satellite de force est complété par une série de galets ou roulements sans denture distribués à la périphérie interne de la couronne et ayant obligatoirement des appuis dans le demi-cercle de la couronne ou règne le satellite de force. Ces roulements acceptent des axes de fort diamètre, au moins égal à la moitié de leur orte-à-faux. Les axes du satellite de force et des roulements sont en liaison fixe dans une poulie en principe circulaire située hors couronne mais à proximité immédiate; cette poulie est concentrique à la couronne et réalise avec elle, grâce à l'ensemble des roulements, une liaison tournante complète. La poulie constitue la prise circulaire normale de l'appareil et lui sert de volant de régulation; elle a un diamètre indifférent à celui de la couronne. Son profil est adapté au mode d'entrânement choisi : par courroie, chaîne, engrenage, friction etc...Elle peut être aussi rotor dtinduxtion électrique, ou roue motrice d'engin roulant. Lorsque le rapport de vitesse le permet, la poulie reçoit directement un outil; sa forme n'est alors pas nécessairement circulaire. Toutefois, la poulietqui porte les axes de satellites, a un diamètre minimum : en cas de besoin une poulie annexe ae petit diamètre est accolée soncentriquement à la poulie principale. Pour les modifications importantes de vitesse, la poulie peut entraîner les éléments d'un train épicycloidal. Dans une première version, le système de guidage du rotor dans le stator est constitué par un filet de relief entourant les roulements lisses vers leur milieu et auquel correspond une gorge pratiquée dans la couronne. Dans une autre conception, c'est au pourtour interne de la couronne fixe que règne le filet de relief, tandis qu'une gorge est réservée à la jonction entre la partie lisse et la partie dentée du qatellite de force et sur le bord des roulements. Sur l'autre face du rotor, du côté opposé à la poulie, le satellite de force porte un maneton ainsi qu'une masse d'équilibrage. Le maneton est axé sur un point périphérique du aatellite, dans le prolongement de la ligne dite "génératrice de contact tirée de ce point. Le maneton constitue la prise rectiligne alternative de la transmission. La course rectiligne du maneton est égale qu diamètre intérieur de la couronne. Une plaque d'équilibrage de forme usuelle est accolée au satellite de force aimn que celui-ci soit équilibré en luimême. Le maneton, qui est en position excentrique et en porteà-faux sur la satellite, se trouve renforcé par cette plaque. lorsque la puissance est importante et que la course est courte, le maneton est conçu pour avoir un diamètre nettement supérieur à celui du satellite porteur. La taille du maneton ne modifie en rien le mouvement linéaire alternatif. Le maneton, bien qu'anime' d'un mouvement rectiligne alternatif, tourne sur lui-même; la pièce ou l'outil raccord est donc à liaison tournante. L'équilibrage général du rotor est réalisé dans une première version par une masse en arc de cercle située sur la face interne de la poulie; cette masse est traversée par les axes des roulements du secteur opposé-au satellite de force; ces roulements étant sans denture, la présence du contrepoids est sans effet sur l'épa-sseur de l'appareil. Les autres axes bénéficient d'embouchures d'alésage. La transmission fonctionne en disposition en double face par opposition de deux rotors. Cette association se réalise à l'aide d'un maneton commun ou d'une poulie commune. Il y a alors deux prises extérieures et une prise centrale; les prises, extérieures ou centrale sont indifféremment circulaires ou rectilignes alternatives. La disposition en double face connait une extension par raccordement indéfini de dispositifs liés par poulies et manetons successifs; cet accolement ouvre capacité pour la transmission à remplir la fonction du vilebrequin des moteurs classiques. Les stators et rotors associés constituent autant de paliers, si bien que l'organe mécanique est très équilibré. Les bielles battantes sont remplacées par des tiges de pistons du type plongeurs à mouvement linéaire, ce qui évite l'usure latérale des cylindres. La transmission fait alors partie intégrante du moteur. Sous réserve des possibilités d'insertion d'axes noncommuns de satellites et de roulements, de part et d'autre d'une même poulie, la position des satellites de force, et, par conséquent des manetons, n'est pas forcément identique; dans ces conditions, la transmission peut aussi bien recevoir des forces rectilignes alternatives sous des angles distincts, comme dans les moteurs dits "en V". La fixation de la transmission se réalise à l'aide d'un socle, d'un capot ou d'un bâti raccordé à la couronne fixe; le cas échéant, la fixation rassemble toutes les couronnes d'un dispositif complexe. Réalisation des transmissions hypocycloldales Les dessins portent les références suivantes chiffre pièces chiffre pièces 1 couronne fixe 8 t contrepoids satellite 2 poulie 9 contrepoids poulie 3 axes 10 poignée manuelle 4 satellite de force il poulie annexe 5 galets ou roulements 12 guidage 6 maneton 13 fixation denture d'engrenage La figure 1 représente, en vue oblique, une poulie portesatellites(2).Des alésages y sont pratiqués pour recevoir les axes du satellite de force et des roulements. Un remarque la masse courbe d'équilibrage général(9) à travers laquelle sont forés les alésages d'axes placés en opposition du satellite de force. Les autres alésages comportent des embouchures formant orifices avencés, répétés au besoin sur l'autre face de la poulie. Four l'exemple, la poulie(2) est munie d'une poignée tournante(10) de fonctionnement manuel. La figure 2 est la coupe transversale d'un appareil à simple face. La couronne(1) est une forte pièce statique pourvue à sa périphérie interne d'une partie lisse et d'une partie dentée(7) adjacente; le cercle primitif de la denture est au niveau de la bande lisse. Le dispositif de guidage(12) est constitué d'un filet de relief placé au milieu de la partie lisse du satellite de force et des roulements, et auquel correspond une gorge réservée au pourtour de la couronne. La poulie(2) est représentée, pour l'exemple, avec un profil pour courroie. Les axes(3), en liaison rigide dans la poulie, sont de fort diamètre, à peine supérieur à la longueur de leur porte-à-faux. Le satellite de force(4) a, comme la couronne, une partie lisse de roulement et une partie dentée d'engrènement dont le cercle primitif est au droit de la bande lisee. Du côté du maneton(6), le satellite de force déborde légé- rement de la couronne pour éviter tout frottement. Ce maneton(6) de prise rectiligne alternative est à liaison tournante et peut recevoir directement un outil. La plaque d'équilibrage(8) du satellite de force(4) prolonge l'accolement du maneton; la forme de cette plaque est visible sur la figure 3 suivante. Un seul roulement(5) est représenté au bas de la figure; l'axe porteur (3) traverse la masse d'équilibrage général(9) La figure 3 est la vue plane de l'appareil côté maneton. La couronne(1) est pourvue ici d'un socle(13). On observe la répartition de sept roulements(5) dont deux sont dans le secteur d'action du satellite de force(4). La masse (9) déquilibrage général est ici traversée par les axes(3) de trois roulements(5) en opposition du satellite de force. La masse(8) d'équilibrage du satellite de force lui est accolée; cette masse déborde, avec la satellite porteur, de la couronne(1). Le maneton(6) est placé en haut de la figure pour maintenir l'unité des représentations. Les sommets de dentures de la couronne et du satellite de force, situés à l'arrière-plan, ne sont pas représentés. La figure 4 est un exemple de disposition en double face par association, à l'aide d'un maneton commun(6), de deux rotors. La prise alternative est centrale et deux prises circulaires se présentent à l'extérieur. Les stators et les rotors sont en réplique exacte, y compris les masses(8) et(9). On remarque le maneton(6) surdimentionné avec prise en coquille autorisant les fortes puissances. Pour l'exemple, la poulie(2) de gauche est en porte-outil tandis que l'autre poulie porte un pignon annexe(11) à denture pour chaîne. Dans cette figure, l'origine de la force est à la prise rectiligne alternative, mais le dispositif peut être inversé et la source d'entraînement peut s'exercer sur les poulies(2) ou seulement sur l'une d'entre-elles. La figure 5 est une autre disposition en double face à l'aide d'une poulie commune(2). Les axes(3) traversent la poulie et sont communs aux deux satellites de force(4) et aux roulements(5), qui ont la même position. Dans certaines conditions de fixation des axes sur chaque face de la poulie(2), il est possible de décaler leur position, voire même de les opposer; cette réalisation permet à la force rectiligne alternative de s'appliquer sous des angles différentes ou en complète opposition. dorme pour la figure précédente, la source d'entraînement peut avoir lieu indifféremment sur la poulie(2) ou sur les manetons(6). Ici, les manetons sont présumés recevoir la force d'origine, tandis que la poulie centrale est une roue à dimentions indéterninées. La figure 6 est l'exemple d'une extension du principe des ...faces . .faces multiples par liaisons successives à l'aide de manetons(6) communs et de poulies(2) communes, et pouvant être appliquée aux moteurs. Il s'agit ici de manetons à double prise ayant une position identique. Les tiges de pistons travaillent deux à deux en sens opposé. Le rôle de régulation des poulies est évident et dispense de volant. Les poulies(2) se prêtent à toutes les prises annexes, soit de face : embrayage, frein, etc.. ou de pourtour: démarreur, frein, pompe, etc.. sans qu'un axe de sorte soit nécessaire. Les faces multiples étant en répliques exactes, les références n'ont pas été répétées. Parmi les dispositions réalisables de la transmission, on peut noter celle qui consiste à placer un appareil à chaque extrémité d'un outil (de coupe par exemple); les deux appareils sont synchronisés et la tension de l'outil s'effectue après les deux manetons. Applications industrielles Toutes machines ou appareils raquérant la transformation du mouvement circulaire continu en rectiligne alternatif ou inversement. mécanique générale, machines-outils, outillage de coupe, sciage, tamisage; tondeuses et pompes, ainsi qu'à l'ertraî- nement de roue motrice d'engin roulant. Application~aux moteurs à pistons. REVENDICATIONS 7 - Transmission mécanique à hypocyclolde rectiligne, caractérisée en ce que la couronne fixe(1) et le satellite de force (4) ont chacun une partie lisse directement associée à une denture(4 ont le cercle primitif est impérativement au niveau de la partie lisse, afin d'assurer une droite hypocyclo idole correcte et constante. Il en résulte que la couronne(1) dont le diamètre interne est double du satellite(4), a deux fois plus de dents que lui. Cet engrenage est, d'autre part, le seul de l'appareil. 2 - Transmission mécanique à hypocycloïde rectiligne selon revendication 1, caractérisée en ce que le roulement plat du satellite de force(4) sur la couronne fixe(1) est complété par une série périphérique de galets de roulement(5) sans denture, assurant une rotation intégrale et ayant obligatoirement des appuis dans la moitié de couronne où est positionné le satellite de force. Cette disposition permet le fonctionnement sans arbre, portée ou palier. Une autre caractéristique du satellite de force(4) et des roulements(5) est qu'ils acceptent des axes de fort diamètre et dont le porte-à-faux est aussi réduit que possible. 3 - Transmission mécanique à hypocycloide rectiligne selon revendication 1, caractérisée en ce que la prise de force circulaire continue s'effectue directement sur l'appareil, au pourtour -de la poulie porte-satellites(2). Cette particularité permet de donner à la poulie une forme et un profil adapté à tous les modes d'entraînement rotatifs. La poulie(2) s'utilise également en force de sortie directe comme porte-outil, génératrice, ou roue motrice. Lorsque la poulie est menante, une poignée(10) permet le fonctionnement manuel. 4 - Transmission mécanique à hypocyclolde rectiligne selon revendication 1, caractérisée en ce que la maneton(6) de prise de force alternative est traité pour les fortes charges, son diamètre pouvant dépasser celui des satellites(4) porteurs. Le meneton(6) a aussi la capacité de porter directement un outil. 5 - Transmission mécanique à hypocyclolde rectiligne selon revendication 1, caractérisêe par un équilibrage complet à deux niveaux a)- équilibrage du satellite de force(4) à l'aide d'une masse(8) en contrepoids du maneton(6). b)- équilibrage général du rotor à l'aide d'une masse(9) accolée à la poulie(2), en opposition du satellite de force(4Ç. 6- Transmission mécanique à hypocyclolde rectiligne selon revendication 1, caractérisée en ce que le guidage(12) du rotor est assuré par un filet de relief autour du satellite(4) et des roulements(5), s'insérant dans une gorge réservée dans la couronne fixe(1). Dans une autre version du même dispositif, le filet de relief règne sur la couronne(1) et une gorge est pratiquée à la jonction des parties lisse et dentee du satellite(4) et au bord des roulements(5). 7 - Transmission mécanique à hypocycloîde rectiligne selon revendication 1, caractérisée en ce que la disposition de deux rotors associés face-àface parmet d'obtenir aussi bien un maneton(6) central, qu'une poulie(2) centrale. 8 - Transmission mécanique à hypocycloldale rectiligne selon revendication 7 caractériséé par l'association non limitée de rotors à l'qide de manetons(6) communs, et de poulies(2) communes. Cette capacité ouvre accès à l'utilisation de la transmission à la place du vilebrequin des moteurs à pistons. 9 - Transmission mécanique à hypocyclolde rectiligne selon revendications 7 et 8, caractérisée en ce que les manetons(6) situés de part et d'autre d'une poulie commune, n'ont pas d'axe(j) commun, ce qui permet aux satellites(4), et par con séquent, aurmanetons() d'avoir une position distincte et de transmettre des forces alternatives sous des angles différents.