Brevet FR2699238A1 — publié le 19940617

DESCRIPTION ROUES OU ROULEMENTS PARFAITS PAR CONTACTS CIRCULAIRES, SANS AUCUN FROTTEMENT PAR FRICTION La présente invention concerne un dispositif pour réaliser des roues ou roulements parfaits, dont la rotation s'effectue par des contacts circulaires, sans aucun frottement par friction. Son explication suppose une rétrospective préalable. _ LA PREMIERE ROUE Les premières roues, mémorisées dans les peintures égyptiennes anciennes, ont été des cylindres ( 1), rondins de bois par exemple, utilisés pour déplacer sur une surface plane ( 2) d'énormes blocs de pierre ( 3) FIGURE 1 Un tel dispositif, si le cylindre est exact, et la surface de roulement plane, peut etre qualifié de vrai roulement:15 il transmet la totalité de la force ( 4) qui lui est appliquée aucun frottement par friction n'existe entre l'objet déplacé et le cylindre, ni entre le cylindre et la surface de roulement, d'o les évidences relatives20 suivantes: pas d'échauffement entre l'objet et le cylindre, ni entre le cylindre et la surface de roulement, meme avec de lourdes charges et de grandes vitesses, pas d'usure aux points de contacts, pas d'entretien, pas de graissage (un lubrifiant constituerait une résistance), pas de perte d'énergie, possibilité d'utiliser des matériaux ordinaires. Le cylindre se comporte comme un intermédiaire parfait. Mais dans ce premier type de roulement, seule la circonférence du cylindre était utilisée, et non le centre du cercle. Une parenthèse de curiosité linguistique: le mot "bille" a désigné initialement une "bille de bois", c'est-à-dire un tronçon d'arbre Une remarque analogue pourrait etre faite du mot "galet". 2 LA DEUXIEME ROUE La roue et roulement modernes sont nés de l'utilisation du centre du cercle, comme point d'appui d'un levier, pour transporter des objets FIGURE 2 Ce dispositif comprend trois parties une partie extérieure ( 5), un axe intérieur ( 6) un espace intermédiaire ( 7). 2.1 L'espace intermédiaire vide Une roue primitive est constituée d'un cylindre évidé au centre et d'un axe, sans rien entre les deux. Ses inconvénients résultent du frottement par friction entre l'axe ( 6) et le cylindre ( 5): usure, échauffement, gaspillage d'énergie, difficulté de concilier la petitesse de l'axe et sa solidité. 2.2 L'espace intermédiaire gras Un progrès a consisté à injecter dans l'espace intermédiaire ( 7) de l'huile ou de la graisse, dont les éléments jouaient le role de micro-billes entre l'axe et la roue. Mais cet espace intermédiaire gras était précaire, réduisait les inconvénients sans les supprimer. Les recherches ultérieures ont tendu à supprimer cette précarité et atténuer les autres inconvénients par des dispositifs de roulements. 2.3 Les roulements à rouleaux et roulements à billes Dans les roues perfectionnées actuelles, l'espace intermédiaire est un chariot de rouleaux cylindriques ou de billes sphériques, relié par un espace gras à la roue d'une part, au centre d'autre part. Les roulements à billes modernes pourraient apparaître comme définitifs, après les innombrables améliorations qui leur ont été apportées Ces recherches35 répétées d'améliorations sont en réalité le signe d'un dispositif imparfait. La précarité de l'ère du graissage a disparu, mais les autres inconvénients subsistent toujours sous de lourdes charges et à grandes vitesses: échauffement, usure, graissage, entretien, gaspillage d'énergie, nécessité de matériaux et traitements difficiles et onéreux. Ces inconvénients, persistant après plusieurs millénaires, ont une cause unique, le frottement par friction interne, que les roulements modernes ne suppriment pas. 2 4 Le frottement par friction interne Ce frottement par friction interne peut etre expliqué simplement grace à la FIGURE 3. Une bille ( 8) de 2 cm de diamètre tourne autour d'une piste intérieure ( 9) de 5 cm de diamètre, et dans une piste extérieure ( 10) de 9 cm de diamètre. La partie de la bille qui tourne dans la piste extérieure parcourt en un tour 9 x 3,14 = 28,26 cm celle qui tourne autour de la piste intérieure parcourt dans le meme temps 5 x 3,14 15,70 cm soit un frottement par friction en un tour sur 12,56 cm d'o la persistance, sous de fortes pressions et à grandes vitesses, d'échauffement, d'usure, de la nécessité de graissage et d'entretien, et d'utiliser des matériaux et30 traitements difficiles et onéreux. Supprimer le frottement par friction serait supprimer ces inconvénients. 3 REINVENTER LA ROUE: LA TROISIEME ROUE La première roue était une vraie roue. La deuxième, la roue actuelle, malgré ses avantages énormes, n'est pas une vraie roue, mais un dispositif imparfait. La troisième roue est la conciliation des deux premières, une roue dans la roue, la première roue dans la deuxième, un roulement parfait. 3.1 Le principe du nouveau roulement: la roulette à deux diamètres FIGURE 4 Dans la "troisième roue", la bille ou le rouleau sont remplacés en principe par une roulette cylindrique à deux diamètres ( 11), dont la longueur est indifférente, et les combinaisons entre les tronçons de grand et petit diamètre variables (grand diamètre entre deux petits diamètres, ou inversement, alternance du grand et du petit diamètre répétée) La FIGURE 4 représente une roulette à grand diamètre central. La partie à grand diamètre ( 12) de la roulette tourne dans la piste extérieure ( 13). La partie à petit diamètre ( 14) de la roulette tourne autour de la piste intérieure ( 15). Le rapport entre la piste extérieure ( 13) et la partie à grand diamètre ( 12) est égal à celui entre la piste intérieure ( 15) et la partie à petit diamètre ( 14), d'o l'ABSENCE DE FROTTEMENT PAR FRICTION. La longueur de la piste extérieure ( 13 L est égale à la somme piste intérieure ( 15) + grand roulement ( 12) + petit roulement ( 14), d'o le CONTACT EXACT ENTRE LES ELEMENTS. 3.2 La formule de calcul Les calculs s'effectuent par une équation à deux données et deux inconnues, selon la formule suivante PE / GR = Pl / PR PE = Pl + GR + PR o PE signifie piste extérieure Pl piste intérieure GR grand roulement PR petit roulement. Les deux données initiales sont soit la piste extérieure et le grand roulement, soit la piste intérieure et le petit roulement. 3.3 Un exemple de calcul Les calculs sont effectués à partir des diamètres des différents éléments, ce qui permet un controle par le pied à coulisse. Données Piste extérieure Grand roulement Rapport 4 5 90.00 mm 20.00 mm Résultats Piste intérieure Petit roulement Rapport 4 5 57.271 mm 12.727 mm Gorge du roulement Total intérieur 3.64 mm 89.998 mm La précision peut bien sur etre réduite ou poussée. 3.4 Quatre lignes de structure FIGURE 5 Le dispositif du nouveau roulement est construit à partir de quatre lignes. La ligne ( 16) détermine le diamètre de la piste extérieure. La ligne ( 17) détermine la piste intérieure. Les lignes ( 16) et ( 18) déterminent le diamètre du grand roulement. Les lignes ( 17) et ( 19) déterminent le diamètre du petit roulement. A partir de ces quatre lignes, trois types de roulement peuvent etre construits. 3.5 Dispositif à rouleaux FIGURES 6 et 4 Dans ce type le roulement est un cylindre à deux diamètres ( 11). La description en a été faite au chapitre 3 1. Les rouleaux, au nombre d'au moins trois, sont maintenus équidistants et perpendiculaires à la piste de roulement par un chariot ( 20) constitué de deux anneaux plats reliés par des entretoises, ou par un bloc moulé. 3.6 Dispositif à billes sur 3 points FIGURE 7 Le roulement intermédiaire est dans ce type une bille roulant sur trois points Le point ( 21) roule selon le diamètre de la bille sur la piste extérieure tangente ( 16). Les deux points ( 22) et ( 23) sont déterminés par l'intersection de la piste intérieure ( 17) et de la bille Les deux pistes intérieures sont tangentes à la bille en ces deux points ( 22) et ( 23).10 Les billes sont maintenues équidistantes par un chariot. 3.7 Dispositif à billes sur 4 points FIGURE 8 Le roulement intermédiaire est dans ce type une bille roulant sur quatre points. Les points ( 24) et ( 25) sont à l'intersection de la ligne de piste extérieure ( 16) et de la bille Les deux pistes extérieures sont tangentes à la bille en ces deux points ( 24) et ( 25). Les deux points ( 26) et ( 27) sont déterminés par l'intersection de la piste intérieure ( 17) et de la bille Les deux pistes intérieures sont tangentes à la bille en ces deux points ( 26) et ( 27). Les billes sont maintenues équidistantes par un chariot. 4 DOMAINES D'APPLICATION Les domaines d'application paraissent immenses, en raison de la place occupée par la roue et le roulement dans la vie moderne. 4.1 Un roulement à rouleaux Le dispositif à rouleaux FIGURE 6 et 4 constitue un nouveau type de roulement à rouleau sans aucun frottement par friction, sans échauffement, sans usure, sans graissage, sans entretien, constructible en tous matériaux. 4.2 Roulement à billes à 3 points Ce dispositif constitue un roulement à billes très proche des roulements existants, mais sans aucun frottement par friction, sans échauffement, sans usure, sans graissage, sans entretien, constructible en tous matériaux. La transformation des roulements actuels en ce nouveau dispositif ne nécessite que de modifier la piste intérieure de façon à la rendre tangente à la bille selon le rapport adéquat. 4 3 Un nouveau type de roue Le nouveau dispositif est une roue sans axe ni rayon, d'une esthétique nouvelle et avec de nouvelles possibilité dues à l'évidement du centre. Contrairement aux roulements actuels, l'efficacité du nouveau dispositif augmente proportionnellemnt au diamètre de la roulette ou de la bille. D'une manière générale, il est particulièrement approprié si l'on recherche de lourdes charges de grandes vitesses pas de refroidissement pas de graissage pas d'entretien des matériaux et traitements ordinaires. 5 APPLICATIONS INDUSTRIELLES Il est impossible de prévoir quelles seront les premières applications industrielles. 5.1 Chemins de fer Le nouveau roulement parait souhaitable pour le roulement des trains, soit à grandes vitesses soit à lourdes charges. 5.2 Marine Arbres d'hélices Turbines Moteurs 5.3 Aéronautique Trains d'atterrissage Turbines Moteurs 5.4 Automobiles Roulements des roues, boites de transmission, moteur. Roues évidées pour la traction avant. 5 5 Moteurs électriques Un nouveau type de moteur électrique est possible. La piste extérieure peut constituer le stator, et la piste intérieure le rotor, ou inversement, les deux étant reliés électriquement, sans frottement par friction, par les roulettes dentées du chariot intermédiaire. Il est possible de construire des moteurs imbriqués Trois moteurs imbriqués, tournant chacun à 5000 tours/minutes, donnent une résultante à l'axe central ou extérieur de 15000 tours/minute. 5 6 Voiture électrique Chaque roue peut etre un moteur, dont la partie centrale s'oriente autour d'un axe vertical. 5.7 Escalator pour handicapé Un dispositif à forme non circulaire et électrique peut constituer une voiture d'handicapé, capable par la souplesse de ses trois parties d'escalader un escalier. 5.9 Jeux Patin à roulettes Planche à roulette Véhicule à une seule roue. REVENDICATIONS 1 Dispositif de roulement par contacts circulaires qui permet la construction de roues ou roulements parfaits, par l'absence totale de frottement par friction, caractérisé en ce qu'il comporte une piste extérieure ( 13)5 reliée à la piste intérieure ( 15) par des rouleaux ( 11) ou billes roulant sur deux diamètres, le plus grand ( 12) sur la piste extérieure, le plus petit ( 14) sur la piste intérieure. Les dimensions sont calculées selon l'équation à deux inconnues: PE /GR = Pl / PR PE = Pl + GR + PR o PE signifie piste extérieure Pl piste intérieure GR grand roulement PR petit roulement. Les deux données initiales sont soit la piste extérieure et le grand roulement, soit la piste intérieure et le petit roulement. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le roulement est un cylindre à deux diamètres ( 11). La partie du cylindre à grand diamètre ( 12) roule par contact sur la piste extérieure ( 13), et la partie à petit diamètre ( 14) sur la piste intérieure ( 15).25 Les rouleaux, au nombre d'au moins trois, sont maintenus équidistants et perpendiculaires à la piste de roulement par un chariot ( 20) constitué de deux anneaux plats reliés par des entretoises, ou par un bloc moulé. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le roulement intermédiaire est une bille roulant sur trois points Le point ( 21) roule selon le diamètre de la bille sur la piste extérieure tangente. Les deux points ( 22) et ( 23) roulent sur les deux pistes intérieures tangentes selon un diamètre plus petit de la bille, dont le rapport est calculé d'après l'équation PE / GR = Pl / PR PE = Pl + GR + PR Les billes sont maintenues équidistantes par un chariot. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le roulement intermédiaire est une bille roulant sur quatre points. Les point ( 24) et ( 25) roulent selon un diamètre de la bille donné, sur deux pistes extérieures tangentes. Les deux points ( 26) et ( 27) roulent sur les deux pistes intérieures tangentes selon un diamètre plus petit de la bille, dont le rapport est calculé d'après l'équation PE / GR = Pl / PR PE = Pl + GR + PR Les billes sont maintenues équidistantes par un chariot. 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les pistes de roulement extérieure et intérieure, et le cylindre à deux diamètres sont dentés. Le rapport entre le nombre de dents de la piste extérieure et du grand roulement, est égal à celui entre le nombre de dents de la piste intérieure et du petit roulement. Les cylindres dentés restent d'eux-memes equidistants, sans chariot. Ce dispositif permet, sans frottement par friction, un transfert de forces entre les trois parties du dispositif, selon les combinaisons possibles entre ces trois parties. Une des combinaisons possibles constitue un dispositif de différentiel. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5, caractérisé en ce que les roues dentées transmettent un courant électrique entre la piste intérieure et la piste extérieure, ou inversement, et jouent le role des charbons dans un moteur électrique, sans frottement par friction.