Brevet FR2684064A1 — publié le 19930528

TITRE : SYSTEME COMPLET DE TRANSMISSION INTEGRALE POUR VELOS AVEC ADAPTATION AUX MOTOS. DESCRIPTION L'invention présentée ici concerne un ensemble de transmission à deux roues motrices pour bicyclettes et motocyclettes. COMPARAISON AVEC LA TECHNIQUE ACTUELLE Actuellement, les vélos sont équipés d'un pédalier avec un ou plusieurs plateaux dentés, d'une chaîne, d'une roue motrice arrière avec roue libre à pignons dentés de tailles différentes. Les vitesses sont obtenues, par l'intermédiaire de dérailleurs, en positionnant la chaîne sur les différents plateaux et pignons dentés. La transmission de vélo décrite ci-après ne contient ni plateau denté de pédalier, ni chaîne, ni pignons de chalne arrière, ni dérailleurs, mais comprend une boîte de 16 vitesses logée dans le moyeu du pédalier, 2 arbres de transmission, un pour la roue arrière et un pour la roue avant, dont les mouvements sont transmis aux roues par des pignons d'angle et roue libre pour la roue arrière, et pignons de renvoi avec "simili-différentie1" et roue libre pour la roue avant. La transmission peut ne comporter aucun cardan.( Voir figure 4 .) AVANTAGES DE LA TRANSMISSION FAISANT L'OBJET DU BREVET Les avantages d'une telle transmission sont les suivants (en comparaison des vélos existant actuellement). - Pas de plateaux de pédalier, donc une garde au sol bien meilleure très appréciable pour les vélos tout-terrain. - Avec un cadre comme celui présenté à la figure 4, il n'y a aucun cardan dans toute la transmission et les longerons bas du cadre se retrouvent très haut, ce qui limite tout contact du cadre avec l'environnement. C'est la forme idéale pour les vélos tout terrain. - Aucune pièce mécanique apparente, sauf, bien sûr, les pédales, au niveau du moyeu de pédalier. Donc, pas de risque de détérioration dû aux chocs avec des caillous ou des rochers. - Pas de dérailleur, qui est une pièce fragile nécessitant une protection particulière, donc pas d'ennuis de dérailleur. - Pas de chaîne, qui travaille presque toujours dans de mauvaises conditions, car tordue en fonction des vitesses utilisées, et pas de chaîne, c'est pas de risque de déraillement, pas de risque de rupture qui garantit la panne, pas de risque de se salir, pas de problème de tension de chaîne, pas de risque de prendre des herbes, de la boue, des branches dans la mécanique. pas d'usure de la chaîne (qui oblige régulièrement son remplacement ainsi que celui des pignons arrières). - Possibilité d'avoir une seule et unique commande pour passer les 16 vitesses1 et en plus, dans l'ordre. - Etagement des vitesses bien meilleur Par exemple, avec un vélo classique équipé de "21 vitesses" : 3 plateaux de 28, 38, et 48 dents et 7 pignons de 13, 15, 18, 21, 24, 28 et 32 dents, les rapports sont: 13 15 18 21 24 28 32 (I) 28 2.15 1.87 1.56 1.33 1.17 1.00 0.88 38 2.92 2.53 2.11 1.81 1.58 1.36 1.19 48 3.693.20'2.672.29ÉI2.00! 1.711.501 On constate que sur les 21 rapports, certains sont si proches les uns des autres qu'ils ne présentent aucun intérêt pour l'utilisateur. Ce qui signifie qu'en fait, seuls 15 rapports sont utiles 13 15 ' 18 ' 21 ' 24 t 28 | 32 28 1.56 1.33 1.17 1.00 0.88 38 2.92 2.53 2.11 1.81 48 3.69 3.20 2.67 2.29 2.00 1.71 En outre, lorsque vous etes sur votre vélo, même avec des vitesses indexées, vous êtes obligé de regarder la position de la chaine pour savoir sur quel rapport vous êtes. Ce qui n'est pas particulièrement pratique. Sans compter que vous êtes bien incapable de reconnaître les différents rapports pour les utiliser dans l'ordre. Ce qui, de toute façon, serait très difficile à réaliser dans la pratique puisqu'il faudrait jouer à la fois du dérailleur et du changement de plateau. La réalité est que vous êtes loin de vous servir des 15 rapports utiles. Avec la boite de vitesses proposée ici, tous ces inconvénients disparaissent et les 16 rapports sont tous utilisables. Les rapports (entre le pédalier et les roues) sont les suivants (11) 0.80 0.96 1.20 1.26 1.52 1.60 1.76 1.90 2.00 2.12 2.40 2.53 2.65 3.00 3.53 4.00 - Démontage de la roue arrière particulièrement aisé, puisqu'il n'y a ni chaîne, ni dérailleur et il se fait vers l'arrière du vélo et non plus vers l'avant. - Possibilité de passer les vitesses à l'arrêt. - Possibilité d'utiliser les vitesses extrêmes sans risque de tension trop forte ou trop faible de la chaîne (puisqu' il n'y en a pas ). - Possibilité de passer d'une vitesse à une autre très différente sans passer par les vitesses intermédiaires. EN CE QUI CONCERNE LA TRACTION DE LA ROUE AVANT - Le V.T.T. (vélo tout terrain ) à traction intégrale sera le seul qui permette de mettre tout son poids sur la roue avant ( par exemple, en danseuse ) pour grimper des passages difficiles sans risque de perte d'adhérence. - La transmission proposée n'utilise aucun cardan au niveau de l'articulation de la fourche. I1 en résulte qu'il n'y a aucun effet de "fading" du à la variation d'angle du cardan lors de la marche, et surtout, il est possible de faire pivoter la fourche jusqu'à un angle de 90 à gauche comme à droite. Ce qui est inconcevable avec un cardan qui est pourtant la base de nombreux brevets concurrents. DESCRIPTION DU VELO EQUIPE DE CETTE NOUVELLE TRANSMISSION La transmission complète d'un tel vélo se décompose en 3 éléments mécaniques. Ces éléments sont indissociables pour obtenir un vélo à deux roues motrices car un V.T.T. sans vitesses n'aurait pas grand intérêt. Cependant, on peut très bien imaginer un vélo simplement équipé de la boite de vitesses et d'une seule roue motrice arrière. De même, la transmission de la force motrice à la roue avant peut être utilisée pour les motos. Ces 3 éléments sont - Le pédalier et sa boite de 16 vitesses. - L'arbre de transmission et le moyeu de roue arrière. - Les arbres de transmission et le moyeu de roue avant. 1 - LE PEDALIER ET SA BOITE DE 16 VITESSES La boite de vitesses est située dans le moyeu (0) du pédalier. Ce moyeu doit donc avoir un diamètre suffisant, ( environ 11 cm ) pour contenir tous les engrenages nécessaires. Figure 1 et figure 2 : ( la boite et une coupe ). L'arbre de pédalier porte, de manière solidaire, quatre pignons dentés primaires (1 - 2 - 3 - 4) dont les diamètres sont respectivement de ( 2.4 cm - 3.8 cm- 5.3 cm - 6 cm). En regard de ces pignons sont disposés des engrenages satellites (1'- 2'- 3'- 4') qui tournent librement sur des axes fixés à une cage (5) qui elle-meme tourne à l'intérieur du moyeu (0). Ces satellites sont en contact permanent avec des couronnes dentées dont le diamètre intérieur est de 10 cm (1"- 2"- 3"- 411 ) montées sur billes Ces quatre couronnes tournent librement, mais chacune d'elles peut être bloquée par une pige (6). Le rapport primaire de la boite, réalisé par l'un des quatre ensembles d'engrenages 1, 2, 3 ou 4, est sélectionné en enfonçant la pige correspondante. (une seule à la fois, les trois autres couronnes dentées devant continuer à tourner librement sous peine de bloquer la boîte.) Le pignon conique (7) qui entraîne les deux arbres de sortie (8) est solidaire des pignons (A, B, C et D) dont les diamètres sont respectivement de (6cm- 5cm- 4cm- 3cm). Cet ensemble, monté sur billes, tourne librement sur l'axe de pédalier. Ces pignons (A, B, C et D), en contact avec les satellites (A'-B'-C'-D') libres sur des axes fixés à la même cage (5) que pour les satellites (1'-2'-3'-4'), entraînent les couronnes (A"-B"-C"-D") qui comme ci-dessus peuvent être bloquées, chacune, par une pige. Le rapport secondaire de la boite, réalisé par l'un des quatre ensembles d'engrenages A, B, C ou D, est sélectionné en enfonçant la pige correspondante. (une seule à la fois, les trois autres couronnes dentées devant continuer à tourner librement sous peine de bloquer la boite.) Le rapport final de la boite de vitesses sera une combinaison du rapport primaire et du rapport secondaire. Ce rapport se calcule très simplement et est égal & : Diamètre du pignon secondaire (A, B, C ou D) R = Diamètre du pignon primaire (1, 2, 3 ou 4) Les dimensions de tous les pignons de la transmission sont données à titre indicatif pour montrer simplement que la gamme de rapports obtenus entre le pédalier et les roues ( 0.80 à 4.00 ) est du même ordre que celui existant sur les vélos classiques à chaîne ( 0.88 à 3.69 pour notre vélo modèle ). La commande des vitesses s'effectue en faisant tourner un arbre (9) sur lequel sont fixées des cames (10) qui appuient sur les piges. Le positionnement correct des cames permet d'obtenir la commande des vitesses dans l'ordre, avec même le renvoi du numéro de vitesse séléctionnée au guidon. Le boitier contenant la boite de vitesses pouvant être parfaitement étanche, il est possible d'y introduire un fond d'huile fluide pour en améliorer le fonctionnement. 2 - L'ARBRE DE TRANSMISSION ET LE MOYEU DE ROUE ARRIVE L'arbre de transmission arrière est situé à l'intérieur du tube droit du cadre. Il est équipé, côté roue, d'un pignon conique de 4 cm de diamètre et tourne deux fois plus vite que la roue. Le pignon conique de roue a 8 cm de diamètre et est monté sur roue libre comme pour les pignons de vélos classiques. Le rapport final entre le pédalier et la roue est indiqué dans le tableau (II). 3 - LES ARBRES DE TRANSMISSION ET LE MOYEU DE ROUE AVANT: Figure 3 : ( le vélo, avec une forme de cadre classique vu du côté droit ). L'arbre de transmission avant (8) est situé à l'intérieur du tube du cadre reliant le moyeu de pédalier (0) à l'avant du vélo. Une ouverture pratiquée dans ce tube permet de faire sortir l'arbre par l'intermédiaire d'un cardan qui n'est utilisé ici que pour respecter la forme classique des cadres de vélos. Figure 4 : ( le vélo, avec un cadre adapté tout terrain, vu du côté droit ). L'arbre de transmission en sortie de boite (8')entraîne, par l'intermédiaire d'un boîtier relais (0'), les deux arbres (8) situés à l'intérieur des tubes bas du cadre, qui, eux-mêmes, sont perpendiculaires au tube soutenant la selle et à l'axe de pivotement de la fourche. Figure 5 : ( la fourche vue de devant ). En bout de cet arbre (8) est fixé un pignon conique de 3 cm de diamètre (11) qui entraîne deux pignons (12). Ces pignons tournent librement sur leur axe qui est l'axe d'articulation de la fourche et tournent donc en sens inverse l'un de l'autre.(lorsque la force motrice est appliquée au pédalier, bien sûr ). Ces pignons (12) entraînent, par l'intermédiaire des pignons (13) de 3 cm de diamètre, les arbres de transmission (14) situés dans les tubes de la fourche. Sur ces arbres sont fixés des pignons coniques de 4 cm de diamètre (15) qui sont en contact avec des pignons de 8 cm de diamètre (16). Ces derniers sont solidaires des pignons (17) du "simili-différentiel" et ce sont les axes des pignons satellites (18) du différentiel qui entraînent la roue par l'intermédiaire d'un système de roue libre (19). Fonctionnement de cette transmission avant Lorsque les pédales sont actionnées, l'arbre de transmission avant (8) tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Le pignon (11) aussi. Les engrenages (12) sont entraînés et actionnent les arbres (14) par l'intermédiaire des pignons (13). Ces arbres tournent à la même vitesse que l'arbre (8) puisque les pignons (11) et (13) ont le même diamètre et en sens inverse l'un de l'autre : c'est le seul mécanisme existant qui équilibre parfaitement les forces, et donc les déformations, sur les deux bras de la fourche1 et ce, quel que soit le virage abordé . Les arbres (14), solidaires des pignons coniques (15) entraînent les roues dentées (16) et donc les pignons (17) qui, eux, tournent dans le même sens, ce qui a pour effet d'entraîner les pignons (18) par rapport à l'axe de la roue et donc la roue elle-même à la même vitesse que les pignons (16). Ou plus exactement, à la vitesse moyenne des deux roues dentées (16), leur vitesse pouvant varier lors des changements d'angle du guidon. Voyons ce qu'il se passe a l'arrêt Lorsque le vélo est arrêté, les pédales ne tournent pas, les roues dentées (12) non plus. Mais si vous faites pivoter votre guidon, les arbres de transmission (14) vont tourner, mais cette fois dans le même sens, ce qui a pour effet de faire tourner les roues dentées (16) en sens inverse l'une de l'autre et les pignons (18) tourneront sur eux-même. La roue pivote sur elle-même, suivant le mouvement du guidon, mais sans avancer ni reculer. Ce phénomène montre que la position du guidon n'a absolument aucune influence néfaste sur la force motrice, et inversement, a l'arrêt comme en marche. Et en marche Lorsque le vélo avance en ligne droite, si les deux roues sont de taille identique, elles sont entraînées rigoureusement à la même vitesse. Donc, la traction est partagée sur les deux roues. En virage, la roue arrière parcourt moins de distance que la roue avant. I1 en résulte que la roue arrière sera prédominante car elle "poussera" la roue avant. D'où la nécessité de la roue libre à l'avant. , Mais, au moindre dérapage de la roue arrière, la roue avant prendra automatiquement et immédiatement le relais pour "tirer" le vélo. Si les roues sont de tailles différentes, il faudra adapter les rapports d'engrenages en conséquence. ADAPTATION DE LA TRANSMISSION AVANT AUX MOTOS L'avantage essentiel de cette transmission pour la roue avant d'une moto, outre tous les avantages vus ci-dessus, réside, moyennant un poids supplémentaire d'environ 10 Kas : - Pour les motos tous terrains, dans la faculté d'avaler les passages particulièrement difficiles. Imaginez ces motos dans le Paris-Dakar qui, enfin, ne plantent plus la roue avant, inerte, dans le sable, mais1 au contraire, gardent toute leur efficacité. - Pour les motos de compétition, en vitesse pure, dans la répartition enfin équitable de la puissance du moteur sur les deux roues qui évite, en accélération, à la roue arrière d'avoir la facheuse tendance à vouloir rattraper la roue avant. Avec, en outre, une usure des pneus mieux répartie sur les deux roues et une meilleure adhérence en courbe gracie à la roue avant qui va "tirer" la moto au lieu de subir la force centrifuge passivement. Cette amélioration technique sera la seule qui permettra de dépasser les limites de vitesse en courbe actuellement atteintes. FIGURE 6 : ( la fourche de moto vue de devant ). Pour utiliser ce type de transmission et rendre ainsi motrice la roue avant d'une moto, le principe est exactement le même que celui décrit ci-dessus pour le vélo, seul le montage est différent pour qu'il y ait la suspension et les freins à disques. L 'arbre de transmission vers la roue avant vient de la boîte de vitesses de la moto. Un différentiel entre les arbres de transmission avant et arrière est indispensable en sortie de boîte. L'arbre pour la roue arrière est montée comme cela existe déjà couramment pour de nombreuses motos qui n'ont pas de chaîne. L'arbre de transmission pour la roue avant entralne un pignon (11) en contact avec des pignons (12) qui tournent librement autour de l'axe pivot de la fourche (12'). Ces pignons (12) font tourner les axes (14),( grâce aux pignons (13) montés dessus), dans le sens inverse l'un de l'autre. Ces axes, équipés de coulisseaux (14'), permettent le fonctionnement des suspensions et sont montés directement à l'intérieur des bras de suspension. Figure 7 : ( la roue avant vue de devant ). Ces axes (14') sont solidaires des pignons coniques (15) qui entraînent les roues dentées (16). Celles-ci tournent librement par roulements à billes sur l'axe de la roue et sont fixées aux pignons (17). Enfin, les pignons (18), dont les axes sont les seuls contacts avec la roue avant (20), l'entraînent à la vitesse de leur déplacement par rapport à l'axe de la roue. Les disques (21) des freins sont montés sans problème sur la roue, comme actuellement. Les différents roulements à billes étanches et les joints toriques (22) permettent d'avoir des carters (23) totalement étanches dans lesquels il est possible de mettre de l'huile. REVENDICATIONS : REVENDICATION 1 Mécanisme de transmission, destiné à assurer l'entraînement des deux roues d'u vélo ou d'une moto, caractérisé en ce qu'il comporte une boite de vitesses, située dans le eu du pédalier (0), comprenant 16 rapports sélectionnés par une seule commande (9), et qui entrain deux arbres de transmissions (8) situés dans les tubes du cadre, l'un actionnant la roue arrière par l'intermédiaire de pignons coniques et roue libre, l'autre entrainant la roue avant par l'intermédiaire de pignons de renvoi (11-12-13), de deux arbres (14) situés dans les tubes de la fourche, de pignons (15-16) et (17-18) formant un "simili-différentiel" avec roue libre (19). REVENDICATION 2 Mécanisme de transmission, selon la revendication 1 caractérisé en ce que la boite a vitesses est constituée par des couronnes dentées (1"-2"-3"-4"-A"-B"-C"-D") qui tournent librement à l'intérieur du moyeu (0), et peuvent entre, chacune, bloquée par une pige (6), Chaque couple de couronnes bloquées chiffre" et lettre ) provoquant le rapport correspondant, REVENDICATION 3 Mécanisme de transmission, selon les revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que la commande des vitesses, constituée d'un axe (9) sur lequel sont fixées des cames (10) appuyant sur des piges (6) qui provoquent le blocage sélectif des couronnes dentées (1",2",3" ou 4") et (A",B",C" ou D"), est unque pour sélectionner tous les rapports, en outre dans l'ordre, et permet le renvoi du numéro de la vitesse sélectionnée au guidon. REVENDICATION 4 Mécanisme de transmission, selon la revendication 1 , caractérisé se en ce que les arbres de transmission (14) sont situé, chacun, dans un bras de la fourche. REVENDICATION 5 Mécanisme de transmission, selon la revendication 1 caractérisé en Ce que les arbres de transmission (8) avant et arrière sont situés entièrement à l'intérieur même du cadre du vélo , L'arbre de transmission en sortie de boite (8') entraîne, par l'intermédiaire d'un boîtier relais (0'), les deux arbres (8) situés à l'intérieur des tubes bas du are, qui, eux-mêmes, sont perpendiculaires au tube soutenant la selle et z l'axe de pivotement de la fourche. REVENDICATION 6 Mécanisme de transmission, selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que le pignon de renvoi (11) comporte un axe perpendiculaire à l'axe de pivotement de la fourche, ce qui implique, pour une transmission sans aucum cardan, que les tubes bas du cadre soient perpendiculaires au tube soutenant la selle et à l'axe de pivotement de la fourchue. REVENDICATION 7 Mécanisme de transmission, selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe des pignons de renvoi (12), est l'axe de pivotement de ia fourche et que ceu---cI tournent librement sur cet axe. REVENDICATION 8 Mécanisme de transmission, selon la revendication 1 caractérisé e ce que le "simili-différentiel" est situé a l'intérieur même du moyeu de roue avant et entraîne la roue par les axes de ses pignons satellites (18) et un système de roue libre (19). REVENDICATION 9 Mécanisme de transmission, selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les axes de transmission (14), dans le cas du montage sur une fourche de moto, sont montés directement à l'intérieur des bras de suspension et équipés de coulisseaux.