Brevet FR2637250A1 — publié le 19900406

"Variateur de vitesse pour cycle". L'invention est relative a un variateur de vitesse pour cycle mais aussi pour tous véhicules similaires. Traditionnellement, dans un cycle muni d'une-chaine reliant un plateau à des pignons calés sur la roue arrière, la variation de vitesse est assurée par déplacement latéral de la chaine sur les pignons arrières et/ou sur les plateaux solidaires des manivelles. Si cette façon de procéder donne satisfaction avec les cycles équipés de cinq pignons à l'arrière et de deux plateaux à l'avant, elle devient déjà plus difficile à maitriser avec sept pignons et deux ou trois plateaux. Or, précisément, ce sont ces derniers moyens de variation de vitesse qui équipent les cycles utilisés pour les randonnées tout terrain exigeant des variations rapides et sûrs de la vitesse et de la puissance motrice.En raison de la complexité du changement de vitesse, mais aussi de l'instabilité momentanée dans-laquelle se trouve l'utilisateur, le passage aux vitesses supérieures ou inférieures s'effectue parfois mal, entraine des à-coups et, voire même, provoque la chute du cycliste. La présente invention a pour but de remédier à cela en fournissant un variateur de vitesse souple, de fonctionnement régulier, sûr et sans à-coup. Ce variateur est du type comprenant deux plateaux montés libres en rotation dans un support fixe et présentant des surfaces toriques de frottement se faisant vis à vis et reliées l'un à des moyens moteurs, l'autre à des moyens récepteurs, au moins un ensemble de roulement apte à transmettre le mouvement du plateau moteur au plateau récepteur avec un rapport dépendant de l'inclinaison de son berceau par rapport à l'axe longitudinal autour duquel pivotent les plateaux, et des mqyens extérieurs de réglage de l'inclinaison du berceau précité. Selon l'invention, chacun des ensembles de roulement, au nombre de trqis, est composé de deux galets, montés libres en rotation dans un berceau commun, mais liés en rotation l'un à l'autre par engrènement de pignons coaxiaux, à leurs axes de rotation, c'est à dire un galet roulant sur la surface torique du plateau moteur et un galet roulant sur la surface torique du plateau récepteur en lui communiquant une rotation de même sens que celle du plateau moteur, tandis que les trois berceaux, d'une part, sont munis de tourillons montés oscillants autour d'axes constituant les côtés drun triangle équilatéral contenu dans un plan diamétral du variateur et dans des paliers portés par un anneau support non rotatif, d'autre part, comprennent un berceau de commande de l'inclinaison, solidaire d'une tige rotative de commande traversant le boitier du mécanisme, et deuxberceaux commandés, et, de plus, sont liés deux à deux en pivotement par des moyens à rotule coopérant avec des coussinets solidaires d'un cadre de liaison, et que le plateau moteur est associé à des moyens débrayables plaquant axialement au moins sa surface torique de frottement contre les galets correspondants des berceaux. On conçoit aisément qu'en faisant varier simultanément l'inclinaison des trois berceaux, il soit possible de passer du rapport maximal au rapport minimal avec une infinité de rapports intermédiaires adaptés au besoin du parcours.effectué par le cycliste. Il faut noter que, grâce à la structure des ensembles de roulement, le plateau récepteur tourne dans le même sens que le plateau moteur, ce qui permet d'utiliser le premier directement pour entrainer, par l'intermédiaire de-tout lien souple connu telles que chaines ou courroies crantées, l'unique moyen d'entrainement calé sur l'axe de la roue arrière du cycle. La variation de rapport est effectuée par des cables ou autres faisant pivoter la tige rotative du berceau de commande qui, par les moyens le liant aux autres berceaux, entraine la rotation de ces derniers dans le même sens et de la même valeur. Cette variation du rapport peut être effectuée en fonctionnement, mais aussi après avoir débrayé temporairement le plateau moteur, afin de réduire les frottements pouvant en perturber l'inclinaison des berceaux. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant à titre d'exemple non limitatif une forme d'exécution de ce variateur de vitesse dans le cas de son application à un cycle. Figure 1 est une vue de côté en coupe transversale de l'ensemble du dispositif, Figure 2 en est une vue de face avec coupe partielle lorsque le plateau moteur est enlevé, c'est à dire suivant la flèche II de figure 1, Figure 3 est une vue de face en élévation montrant plus détails le berceau de commande, Figure 4 est une vue de face en élévation montrant plus en détails les bossages pentus en arc de cercle saillants de la face interne du plateau de pression, Figure 5 -est une vue de face en élévation montrant plus en détails, les gorges en arc de cercle ménagées par la face dorsale du plateau moteur, Figures 6 et 7 sont des vues schématiques illustrant le fonctionnement des moyens d'embrayage constitués par les deux plateaux des figures 4 et 5, Figure 8 est une vue de côté en coupe transversale montrant une variante de réalisation du plateau récepteur. Dans ces dessins, 2 désigne un anneau de fixation soudé sur le cadre 3 du cycle à la place du traditionnel boîtier de pédalier. Cet anneau sert à la fixation de deux carters supports 4 et 5 liés l'un à l'autre par des vis transversales 6. Ces deux carters disposés de part et d'autre du plan médian du cycle comportent des douilles délimitant le boitier de pédalier proprement dit 7. Ils constituent également la structure porteuse du variateur de vitesse comportant un plateau moteur 8 et un plateau récepteur 9, montés libres en rotation de part et d'autre de ces carters autour d'un axe transversal X'-X coaxial à l'axe de manivelle 10. Chacun des plateaux comporte, en vis à vis de I'autre, une surface torique de frottement 12 pour un ensemble de roulement désigné de façon générale par 13. Selon l'invention, et comme montré figure 2, le variateur de vitesse comporte trois ensembles de roulement composés chacun d'un berceau 14 muni de tourillons 15 montés libres en rotation dans les paliers 16 d'un anneau support 17. Comme le montre la figure 1, cet anneau support est positionné et porté avec possibilité de déplacement axial par les vis transversales 6 assurant la liaison des deux carters supports 4et 5 ; en d'autres termes, cet anneau support 17 est monté flottant à l'intérieur du variateur. Comme le montre la figure 2, les axes de rotation des trois berceaux sont disposés sur les côtés d'un triangle équilatéral contenu dans un plan diamétral du variateur. Dans chacun des berceaux, deux galets 1Ba et 18b sont montés libres en rotation autour d'axes espacés 19 portés par le berceau. Chacun de ces axes constitue également organe de guidage en rotation pour un pignon 20a ou 2Db solidaire du galet correspondant. Les deux pignons 20a et 20b engrènent l'un avec l'autre de manière à communiquer aux galets récepteurs 18b, le mouvement d'entrainement reçu par le galet moteur 18a mais en inversant son sens de rotation. I1 est évident que les deux pignons ont les mêmes diamètres nominaux et que les galets 18a-18b ont également les mêmes diamètres.De façon connue, le galet 18a reçoit son mouvement de la surface de frottement torique 12 du plateau moteur 8, tandis que le galet 18b transmet son mouvement à la surface de frottement 12 du plateau récepteur 9. Comme le montre plus en détails la figure 2, l'un-des berceaux des ensembles de roulement et, par exemple, celui 14a est le berceau de commande règlant l'inclinaison des deux autres berceaux. Ce berceau de commande comporte, dans le prolongement de son tourillon 15, une tige de commande 22 traversant l'anneau 2, formant boitier,pour recevoir à son extrémité, et comme montré à la figure 3, un palonnier de commande 23. Chacune des extrémités du palonnier est munie de moyens 24 de fixation de l'extrémité d'un cable de commande relié à une commande centralisée fixée sur le guidon du cycle, moyens qui, dans cette forme d'exécution, sont constitués par une douille montée libre en rotation dans le palonnier et munie de moyens de serrage du cable. Comme le montre plus en détails la figure 2, chacun des berceaux comporte, à proximité de ses tourillons extrêmes 15, deux alésages 25 dans chacun desquels est montée coulissante une tige 10 avec tête transversale cylindrique 27. Cette tête est articulée dans un palier double 28 solidaire d'un cadre de liaison 29 commun aux trois berceaux. Grâce à un tel mode de liaison, constituant rotule, toute modification de l'inclinaison du berceau de commande 14a se transmet, automatiquement et simultanément, aux deux autres berceaux 14 qui sont alors commandés et adoptent une inclinaison dans le même sens et de même valeur, garantissant ainsi l'obtention d'un rapport constant. La figure 1 montre que dans les zones où sont disposés chacun des ensembles de roulement 13, les carters 4 et 5 comportent des fenêtres 4a-5a permettant la libre oscillation de ces ensembles. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 1, le plateau récepteur 9 est monté libre en rotation sur un roulement 30 dont la cage intérieure est emmanchée sur une joue de centrage 32 liée par des vis 33 aux carters 4 et 5. Le plateau 9 est également solidaire d'une couronne crantée 34, pouvant aussi être une couronne dentée pour chaine. Dans la forme dtexécutîon représentée à la figure 8, le roulement 30 est remplacé par une couronne à billes 31 interposée entre une gorge circulaire ménagée dans la joue de centrage 32 et une gorge 36 ménagée dans une nervure solidaire du plateau récepteur 9. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 1, le plateau moteur 8 est monté libre en rotation, avec possibilité de translation, par un alésage dorsal 40 se centrant sur la périphérie d'un plateau de pression 42 solidaire de l'une des deux manivelles 43. Entre le plateau de pression 42 et le plateau moteur 8, sont interposés des moyens - constituant moyens de débrayage de l'entraînement et assurant également le plaquage du plateau moteur 8 contre les ensembles de roulement. Ces moyens sont constitués par deux rangées de billes 44 coopérant chacune avec l'un des bossages pentus 45 saillants de la face interne du plateau de pression. Comme le montre plus en détails la figure 4, les bossages pentus 45 sont répartis en arcsde cercle et comportent une épaisseur qui va en croissant d'amont en aval dans le sens de rotation du plateau de pression représenté par la flèche 46à la figure 4. En outre, chacune des billes 44 est disposée dans une gorge en arc de cercle 47 ménagée dans la face dorsale du plateau moteur 8. Comme le montre la figure 5, les gorges 47 pour les deux rangées de billes sont décalées angulairement d'une rangée à l'autre et ont la même disposition radiale et la même disposition angulaire relative que les bossages pentus des deux rangées de bossage réalisées sur la face interne du plateau de pression 42. Le déplacement axial pouvant être communiqué au plateau de pression est limité par des moyens réglables qui, dans cette forme d'exécution, sont constitués par une couronne 48 vissée sur la périphérie externe du plateau moteur 8. Cette couronne comporte une nervure interne 49 apte à venir en appui sur la face dorsale du plateau de pression 42. Enfin, l'axe de manivelle 10, qui est solidaire des deux manivelles 43, est monté libre en rotation dans le boitier de pédalier 7 grâce à deux -roulements 50 et calé en translation en direction du plateau moteur 8 par une butée à billes 52 interposée entre un épaulement 53 de cet axe et un épaulement 54 du boîtier de pédalier. Cette butée compense l'effort de réaction à l'effort d'application du plateau moteur contre les ensembles de roulement 13. En position de repos, et comme montré à la partie inférieure gauche de la figure 1, le plateau moteur est en position débrayée, c'est à dire n'est pas appliqué avec force, par sa surface torique de frottement 12, contre les galets 18a des ensembles de roulement 13. Dès que le cycliste appuie sur la pédale gauche pour entrainer la manivelle 43, le plateau de pression 42 est déplacé angulairement par rapport au plateau moteur 8 alors en position débrayée. Lors de ce déplacement angulaire, les faces pentues des bossages 45 qui, initialement, étaient dans la position représentée à la figure 7, se déplacent par rapport aux billes 44 et en agissant à la façon d'un coin exercent sur ces billes un effort axial dans le sens de la flèche 57 de figure 6, ce qui a pour effet de déplacer axialement le plateau moteur 8 et d'appliquer sa surface de frottement 12 contre les galets 18a.Grâce au montage flottant de l'anneau support 17, cet effort assure aussi le placage des galets 18b contre la surface torique 12 du plateau récepteur 9. I1 en résulte que la rotation, communiquée au plateau moteur 8 par les deux manivelles 43 entrainées par le cycliste, se transmet à ce plateau, puis par les deux galets 18a et lBb se transmet au plateau récepteur 9 et, en conséquence, à la couronne dentée 34 ou à la denture 37 de figure 8. Dans ces conditions d'entrainement, pour modifier le rapport de vitesse et plus précisément la vitesse de rotation communiquée au plateau récepteur 9, il suffit de faire basculer les trois berceaux de la position de plus faible rapport, représenté à la figure 1, à une position de plus grand rapport dans laquelle le berceau est incliné sur la droite, symétriquement à la position représentée à cette figure 1. Comme expliqué précédemment, ce basculement est effectué par des cables de commande agissant sur le palonnier 23 solidaire de la tige 22 du berceau de commande 14a. L'inclinaison de ce berceau 14 a se transmet aux deux autres berceaux par l'intermédiaire du cadre de liaison 29, des paliers 28 et des tiges 26. Cette opération de variation de vitesse peut s'effectuer alors que le plateau de pression 42 plaque le plateau moteur 8 contre les ensembles de roulement, mais il peut aussi être effectué dans la phase de débrayage du plateau moteur, débrayage s'effectuant en cessant un court instant d'exercer un effort sur les manivelles 43, ce qui a pour effet d'amener le plateau en position de débrayage. I1 est bien évident qu'un tel variateur de vitesse permet d'obtenir sur le plateau récepteur 9, toutes les vitesses intermédiaires entre les deux vitesses extrêmes, ce qui permet d'adapter parfaitement le rapport de transmission à la configuration du terrain. Par ailleurs, grâce à la structure du variateur, la variation de vitesse s'effectue progressivement en un minimum de temps et sans à-coups, ce qui facilite l'utilisation du cycle surtout si celui-ci est un cycle tout terrain. Enfin, bien que plus encombrant qu'un boitier de pédalier traditionnel, ce variateur inverseur occupe un encombrement relativement réduit permettant de le loger aisément à la place du traditionnel boîtier, c'est à dire dans une zone basse du cycle donc dans une zone où son poids n'est pas préjudiciable à la stabilité du eycle. Un tel variateur est destiné à être utilisé sur des cycles ou sur des cyclomoteurs, mais aussi sur tout appareil nécessitant une variation régulière de son rapport de transmission ne fournissant pas un couple trop élevé dont la valeur maximale dépend des caractéristiques de frottement des surfaces toriques 12 et de la périphérie des galets 18a-18b. REVENDICATIONS 1. Variateur de vitesse pour cycle du type comprenant deux plateaux 8 et 9 montés libres en rotation dans un support fixe 2,4, 5 et présentant des surfaces toriques de frottement 12, se faisant vis à vis et reliés l'un à des moyens moteurs 43, l'autre à des moyens récepteurs 34-37, au moins un ensemble de roulement 13 apte à transmettre le mouvement du plateau moteur 8 au plateau récepteur 9 avec un rapport dépendant de l'inclinaison du berceau de l'ensemble de roulement par rapport à l'axe longitudinal autour duquel pivotent les plateaux, et des moyens extérieurs de réglage de l'inclinaison du berceau précité, caractérisé en ce que chacun des ensembles de roulement, au nombre de trois, est composé de deux galets 18a-19a, montés libres en rotation dans un berceau commun 14, mais liés en rotation l'un à l'autre par engrènement de pignons 20a-20b, co-axiaux à leurs axes de rotation, c'est à dire un galet 18a roulant sur la surface torique 12 du plateau moteur 8 et un galet 18b roulant sur la surface torique 13 du plateau récepteur 9, en lui communiquant une rotation de même sens que celle du plateau moteur 8,tandis que les trois berceaux, d'une'part, sont munis de tourillons 15 montés oscillants autour d'axes constituant les côtés d'un triangle équilatéral contenu dans un plan diamétral du variateur et dans des paliers 16 portés par un anneau support 17 non rotatif, mais monté flottant, d'autre part, comprennent un berceau 14a de commande de l'inclinaison, solidaire d'une tige rotative de commande 22 traversant le boitier 2 du mécanisme et deux berceaux commandés, et de plus, sont liés deux à deux en oscillation par des moyens à rotule 26-27 coopérant avec des paliers 28 solidaires d'un cadre de liaison 29, et que le plateau moteur 8 est associé à-des moyens débrayables 44-45-47 le plaquant axialement contre les galets 18a des ensembles de roulement 13. 2. Variateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à proximité de chacun de ses tourillons 15, le berceau 14-14a de chacun des ensembles de roulement 13 est solidaire de deux tiges 26 qui, montées coulissantes dans des alésages transversaux 25, sont munies de têtes transversales cylindriques 27 saillants du berceau, et montées en rotation dans des paliers solidaires du cadre de liaison 29. 3. Variateur de vitesse selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'anneau support 17 des trois berceaux 14-14a est positionné et porté avec possibilité de déplacement axial par les vis transversales 6 de liaison et de fixation par pincement, sur un anneau 2 du cadre du cycle, de deux carters supports 4-5 comportant des ouvertures 4a-5a dans leurs flasques pour le passage des ensembles de roulement 13 et constituant axialement le boitier 7 du pédalier. 4. Variateur de vitesse selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les carters supports 4 et 5 sont solidaires d'une Joue 32 de centrage du plateau récepteur 9. 5. Variateur de vitesse selon l'ensemble des revendications -l à 4, caractérisé en ce que l'axe de manivelle 10, monté libre en rotation dans le boitier du pédalier, est solidaire d'un plateau de pression 42 dont le bord périphérique constitue.moyen de centrage coulissant du plateau moteur 8 et dont la face interne comporte des bossages pentus 45, en arc de cercle, avec épaisseur croissante d'aval en amont, formant moyens d'embrayage en coopérant avec des billes 44 en contact avec la face dorsale du plateau moteur 8. 6. Variateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacune des billes 44 est disposé dans une gorge en arc de cercle 47 ménagée dans la face dorsale du plateau-moteur 8 et que les diverses gorges ont la même disposition radiale et la même répartition angulaire que les bossages 45 du plateau de pression. 7. Variateur selon l'ensemble des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'une butée à billes 52 est interposée entre un épaulement 53 de l'axe de manivelle 10 et un épaulement 54 du boitier de pédalier, disposé du côté du plateau moteur 8 pour compenser l'effort de réaction à effort d'application du plateau-moteur 8 contre les ensembles de roulement 13. 8. Variateur selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé en ce que le plateau récepteur 9 est solidaire d'une couronne dentée 37 pour chaine. 9. Variateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le plateau récepteur 9 est solidaire d'une couronne crantée 34 pour courroie crantée. 10. Variateur selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le guidage en rotation du plateau récepteur 9 est assuré par une couronne à billes 31, interposée entre une gorge circulaire 36 ménagée dans une nervure de ce plateau, et une gorge circulaire ménagée dans la joue de centrage 32 solidaire des carters supports 4 et 5.