Brevet FR2724903A1 — publié le 19960329

L'invention est relative à une boîte de vitesse pour arbres alignés applicable, entre autres, aux bicyclettes. Elle concerne plus spécialement les boites de vitesse composées: - d'un plateau moteur et d'un plateau récepteur, montés libres en rotation autour d'un axe commun, et comportant, en vis à vis l'un de l'autre et en saillie de surfaces toriques, des dentures circulaires et coaxiales, se différenciant par leurs diamètres primitifs, leurs nombres de dents, et leur inclinaison par rapport à l'axe de rotation, - d'un support central calé en rotation, - de plusieurs ensembles de transmission de mouvement entre les plateaux, comprenant chacun un berceau monté pivotant sur le support central et portant au moins un pignon engrenant avec les dentures des plateaux, - de moyens de liaison en rotation des berceaux, - de moyens de sélection de vitesse commandant le pivotement de l'un des berceaux, - et de moyens favorisant I'engrènement des dentures à chaque changement de rapport. De telles boites de vitesse sont décrites dans les demandes de brevets français au nom du déposant n" 2 641515 et 2 649 772. Dans ces dispositifs, les moyens favorisant l'engrènement des dentures à chaque changement de rapport comprennent des moyens tolérant un déplacement axial de l'un des plateaux par rapport à l'autre et des moyens débrayables maintenant le plateau mobile dans sa position d'engrènement avec les pignons des berceaux. Dans cette construction, toute modification du rapport de vitesse nécessite d'arrêter d'entrainer le pédalier pour amener les moyens de débrayage en position de débrayage, c'est à dire permettre l'écartement du plateau mobile et le désaccouplement des dentures des pignons des berceaux avec l'une des dentures des plateaux. La suppression de tout effort sur le pédalier est pénalisante dans la mesure où elle impose un changement d'allure. Par ailleurs, et au moins dans la phase de réduction des rapports de vitesse, la manoeuvre est perturbante puisqu'elle s'effectue au moment où le cycliste, rencontrant le plus de résistance, accroît son effort sur le pédalier pour maintenir sa vitesse. La présente invention a pour objet de fournir une boîte de vitesse qui remédie à ces inconvénients. A cet effet, dans la boîte de vitesse selon l'invention, le plateau moteur et le plateau récepteur sont séparés par une distance constante, tandis que les moyens favorisant l'engrènement de leurs dentures avec celles des pignons des ensembles de transmission sont constitués par lesdits pignons qui, réalisés en matériau déformable élastiquement, comportent, chacun et entre leurs moyeux et leurs jantes, des lumières favorisant la flexion transversale de leur denture. Ainsi, lors du changement de rapport, les dentures des pignons des berceaux quittant les dentures des plateaux pour venir dans d'autres dentures de ces mêmes plateaux, peuvent fléchir élastiquement si l'une ou si les deux dentures des plateaux ne coïncide pas avec elles, et cela jusqu'à la mise en coïncidence. Le caractère élastique des pignons assure la remise en forme des pignons mais aussi absorbe les à-coups qui, de ce fait, ne se répercutent pas sur le pédalier, ce qui améliore le confort. Grâce à cet agencement, le changement de rapport ne nécessite aucune interruption du pédalage et ne perturbe pas l'action du cycliste, aussi bien à la montée qu'à la descente des rapports. Dans une forme d'exécution de l'invention, au moins l'un des plateaux, respectivement moteur ou récepteur, est réalisé dans un matériau déformable élastiquement et est monté de manière qu'au moins sa périphérie puisse de déformer élastiquement à l'opposé de l'autre plateau. Cette déformation de l'un des plateaux contribue également à l'amélioration de l'engrènement des dentures. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cette boîte de vitesse dans le cas de son application à une bicyclette. Figure 1 est une vue partielle, en coupe transversale suivant I-I de figure 5, de la boîte de vitesse lorsqu'elle est montée au niveau du boîtier de pédalier, Figure 2 en est une vue en coupe longitudinale, Figures 3 et 4 sont des vues de côté en élévation montrant deux formes d'exécution des pignons des berceaux, Figures 5 et 6 sont des vues partielles de côté, en élévation, montrant la partie arrière d'une bicyclette équipée de cette boîte de vitesse et lorsque celle-ci est disposée, respectivement à la place du boîtier du pédalier et dans le moyeu de la roue arrière, Figure 7 est une vue en coupe transversale montrant une autre forme d'exécution de cette boîte de vitesse dans le cas de son montage sur la roue arrière. De façon générale, cette boîte de vitesse est composée: - de deux plateaux montés libres en rotation autour d'un axe commun, à savoir un plateau moteur 2 et un plateau récepteur 3, - de plusieurs ensembles de transmission de mouvement entre les deux plateaux, composés, dans les formes d'exécution représentées et pour chaque ensemble, d'un pignon intermédiaire 4 monté libre en rotation dans un berceau 5, lui-même monté pivotant, dans un support central 6 calé en translation. Chacun des plateaux 2 et 3 comportent en vis à vis de l'autre et en saillie d'une surface torique 7, des dentures circulaires 8 qui, au nombre de cinq dans la forme d'exécution représentée, se différencient par leurs diamètres primitifs et par leurs nombres de dents, et par leur inclinaison par rapport à l'axe de rotation. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 5 et décrivant une forme d'exécution de cette boîte de vitesse lorsqu'elle est montée au niveau du pédalier d'un cycle, comme montré figure 5, le support 6 est fixe et est composé de deux éléments s'assemblant dans le plan médian transversal et vertical M de la boîte, montré figure 1, et contenant des axes de rotation des berceaux 5. Chaque élément du support 6 comprend un logement transversal axial 10 de réception du boîtier de pédalier 11, des portées intermédiaires 12 d'appui réciproque, hachurées à la figure 2 pour les rendre apparentes, des demi paliers 13, également hachurés pour être rendus apparents, pour les tourillons 5a des berceaux 5, et enfin deux oreilles 14 pour la fixation de ce support sur des pattes 15 du cadre, comme montré à la figure 5.Les deux éléments du support 6 sont positionnés par des pions de centrage 16, traversant les portées d'appui 12 et sont liés l'un à l'autre par des vis de liaison 17 (figure 2). La figure 2 montre que, chacun des quatre berceaux 5 peut pivoter par rapport au support fixe 6. Le tourillon 5b du berceau de commande 9 se prolonge au-delà de son palier d'articulation 13 sur le support 6 et son extrémité dépassant de ce palier est liée par sa section carrée 5c, à un sélecteur 18. Ce sélecteur est relié à la commande de changement de vitesse montée sur le cycle par une liaison par câbles 19 ou par une liaison hydraulique, non représentée. Le sélecteur porte un index sensitif 20 constitué par une bille avec ressort coopérant avec des crans 23 ménagés dans une platine fixe 24, solidaire du support 6. Le nombre de crans est bien entendu égal au nombre de rapports entre les deux plateaux, c'est à dire 5 dans la forme d'exécution représentée. Chacun des berceaux 5 et 9 est muni à chacune de ses extrémités d'une denture 25 s'étendant sur une fraction de cercle, comme montré à la figure 1. Chaque denture engrène, avec les dentures des berceaux 5 et 9 juxtaposés, de manière que tout pivotement communiqué au berceau de commande 9 par le sélecteur 18 se transmette simultanément à tous les autres berceaux. Comme montré à la figure 1, le boîtier de pédalier 1 1 est emprisonné longitudinalement entre les deux éléments du support 6. L'axe de pédalier 26 est solidaire, d'un côté, d'une manivelle 27 munie de pattes de liaison 28 avec le plateau moteur 2 et, due l'autre côté, d'une manivelle 29 uniquement calée sur son extrémité. Chacun des éléments du support 6 comporte sur son extrémité, une portée externe de section carrée, respectivement 30a et 30b, sur chacune desquelles est montée coulissante une bague de butée 32 et 33. La bague 32 vient en appui contre une face diamétrale du plateau moteur 2 avec interposition de rondelles de frottement 34. On notera que ce plateau moteur 2 est monté libre en rotation sur une portée cylindrique 35 du support avec interposition de d'une bague 36. La rondelle 34 et la bague 36 sont réalisées en matériau à très faible coefficient de frottement. Elles peuvent être remplacées par un roulement de butée. Le plateau récepteur 3 est monté libre en rotation sur la bague 33 avec interposition d'un roulement de butée 31. I1 est évident que le guidage en rotation et en translation du plateau récepteur peut être transposé sur le plateau moteur et vice versa. Contre le dos du plateau récepteur 3 est fixé, par une couronne amovible 37, une couronne crantée 38. Les bagues de butée 32 et 33 qui déterminent l'écartement constant entre les parties centrales des plateaux 2 et 3 sont liées l'une à l'autre au moyen de vis 39 se vissant dans des entretoises 40 interposées entre les deux flasques. Comme montré à la figure 2, les entretoises 40 sont au nombre de quatre et sont montées coulissantes dans les deux demi supports 6. Il ressort de ce montage que, bien que les deux plateaux soient séparés par une valeur constante, ils peuvent se déplacer en translation par rapport au support 6 d'une valeur faible mais, par exemple, suffisante pour faciliter un changement de denture. Suivant une autre caractéristique essentielle de l'invention, chacun des pignons intermédiaires 4 est réalisé en matériau synthétique déformable élastiquement et comporte, comme montré à la figure 3, entre son moyeu 4a et sa jante 4b portant la denture, des lumières 43 permettant la flexion transversale de sa denture. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 3, les lumières 43 sont réalisées en arc de cercle et sont composées de deux séries réparties sur des cercles de diamètres différents avec décalage d'une série à l'autre.Dans la forme d'exécution représentée à la figure 4, chacune des lumières 44 s'étendant entre le moyeu 4'a et la jante 4'b du pignon 4, comprend une partie en forme d'arc de cercle 44a, disposée près de la jante 4'b, et une partie sensiblement rectiligne 44b allant de la partie 44a en direction du moyeu 4'a, en étant incliné vers l'avant par rapport au sens de rotation du pignon représenté par la flèche 45. Les diverses lumières délimitent entre elles des bras de jonction 46 présentant, en allant du moyeu 4'a à la jante 4'b, un tronçon 46a coudé vers l'arrière, un tronçon 46b contrecoudé vers l'arrière et enfin, un tronçon radial 46c.Un tel pignon présente une excellente flexibilité transversale facilitant son engrènement avec les dentures des plateaux lors des changements de rapport de vitesse, tout en possédant une excellente résistance lui permettant de transmettre, au plateau récepteur, le couple qui lui est transmis par le plateau moteur. Avantageusement, et suivant une autre caractéristique de l'invention, au moins l'un et de préférence chacun des plateaux, respectivement moteur 2 et récepteur 3, est réalisé dans un matériau déformable élastiquement, tel qu'une matière synthétique, et est monté de manière que sa périphérie puisse se déformer élastiquement à l'opposé de l'autre plateau. I1 en est ainsi pour les plateaux 2 et 3 représentés à la figure 1 qui, au moins pour les rapports extrêmes, peuvent s'écarter élastiquement pour favoriser l'engrènement des dentures lors du changement de rapport. Les figures 1 et 2 montrent que l'ensemble du mécanisme disposé entre les deux plateaux est protégé par des éléments de capot 50 rapportés dans l'intervalle entre les paliers 13 du support central 6. La figure 5 montre que, lorsqu'une telle boîte de vitesse est montée sur le boîtier de pédalier d'un cycle avec le plateau moteur 2 disposé sur la partie gauche de ce cycle, la couronne crantée 38, solidaire du plateau récepteur 3, est reliée par une courroie 52, crantée sur ses deux faces, au pignon 53 calé sur l'arbre de la roue arrière 54. On notera que le brin tendu 52a de la courroie 52 passe d'abord sur une poulie de renvoi 55 avant de parvenir à la poulie 53, tandis que son brin mou 52b emprunte une poulie 56 après avoir quitté la poulie 53. Cet aménagement est indispensable pour obtenir une rotation de la roue 54 dans le même sens que celle du pédalier, comme montré par les flèches 57, alors que le plateau récepteur et la couronne crantée 38 pivotent dans le sens de la flèche 58, en raison de la présence d'un unique pignon 4 dans chacun des organes de transmission entre les deux plateaux moteur 2 et récepteur 3. I1 est évident que, lorsque chaque berceau porte deux pignons intermédiaires engrenant l'un avec l'autre et pouvant chacun engrener avec le plateau moteur et avec le plateau récepteur, comme représenté à la figure 3 du brevet français n" 2 637 250, le plateau récepteur pivote dans le même sens que le plateau moteur et l'entraînement de la poulie crantée 53 s'effectue de façon traditionnelle, c'est à dire sans pignon 55 et 56. Avec la boîte de vitesse qui vient d'être décrite, lors de chaque changement de rapport, le cycliste n'a plus à cesser de pédaler pour faciliter, après basculement des pignons baladeurs, l'engrènement des dentures de ces pignons avec celles des plateaux moteur 2 et récepteur 3, puisque précisément la flexibilité des pignons, éventuellement associée à la flexibilité des plateaux, favorise cet engrènement. I1 en résulte que, à chaque changement de rapport, l'engrènement des dentures des pignons avec les nouvelles dentures des deux plateaux s'effectue sans aucun autre moyen extérieur, et notamment sans moyen comparable à un débrayage assurant l'écartement temporaire des deux plateaux. La forme d'exécution représentée aux figures 6 et 7 montre l'application du dispositif selon l'invention à une boîte de vitesse se montant dans le moyeu arrière d'un cycle. Dans cette forme d'exécution, le plateau moteur 2 est calé sur un moyeu 60 qui est monté libre en rotation sur l'axe de roue 71 et qui est relié, avec interposition d'une roue libre 61, à une poulie crantée 62. Le plateau récepteur 3 est monté libre en rotation, avec interposition d'un roulement de butée 63, sur un autre élément de l'axe de roue. I1 est lié, par son bord périphérique, à l'une des extrémités d'un diabolo porte-rayons 64 dont l'autre extrémité est solidaire d'un flasque 65. Ce flasque est monté libre en rotation sur le moyeu 60 du plateau moteur, avec interposition d'un roulement de butée 63. L'axe de roue 71 est composé d'un corps central et tubulaire 66, de section transversale carrée, se prolongeant du côté du plateau moteur par un axe tubulaire cylindrique étagé 67, fileté en 68, pour permettre sa fixation sur la fourchette gauche 69 de la fourche arrière du cycle. Côté plateau récepteur, le corps 66 de l'axe de roue est fixé, par soudure, à une pièce tubulaire 70 comportant une portée cylindrique pour le roulement 63 et une portée carrée 81 pour sa fixation dans la fourchette droite 72 de la fourche arrière du cycle. Cette pièce se termine par une partie filetée 73 permettant sa fixation sur la fourche. A la figure 7, la référence 74 désigne une bague qui, ayant un faible coefficient de frottement, est interposée entre l'axe de roue et le moyeu 60 du plateau moteur et la référence 75 désigne une entretoise assurant le calage en translation de l'axe de roue entre les deux fourchettes 69 et 72. Les berceaux 5 et 9 portant les pignons intermédiaires 4 sont montés libres en rotation dans un support central 6' qui est monté coulissant transversalement sur le corps central 66 de l'axe de roue. Comme dans la forme d'exécution précédente, ce support est composé de deux éléments identiques assemblés dans le plan médian vertical M, et entièrement disposés entre les deux plateaux et à l'intérieur du diabolo 64. Le corps central 66 de l'axe de roue est traversé par deux lumières longitudinales 77, diamétralement opposées et servant au passage d'un croisillon 78. La partie centrale de ce croisillon est liée, par un axe 79, à une tige de commande 80, coulissant longitudinalement à l'intérieur de l'axe de roue et dont chacune des extrémités est liée, par un moyen hydraulique ou par des câbles 82, à un sélecteur de vitesse disposé au guidon du cycle. A chacune de ses extrémités libres dépassant radialement de l'axe de roue, le croisillon 78 porte un pivot 83 sur lequel est articulé un doigt de commande du basculement du berceau 3 correspondant. Avantageusement, ce doigt est constitué par l'axe 84 sur lequel le pignon intermédiaire 4 est monté libre en rotation, axe qui est monté coulissant dans le berceau. Enfin, le crantage sensitif est assuré par un verrou 85, à bille et ressort, disposé radialement dans l'axe de roue emprisonnée par un anneau élastique 81, et coopérant avec des crans 86 ménagés dans la tige de commande 80. I1 est évident que, comme dans la forme d'exécution précédente, les pignons 4 sont réalisés en matière élastiquement déformable et sont munis de lumières 43 ou 44 favorisant leur flexion transversale lors du changement de rapport. Pour que la roue libre fonctionne normalement et dans le bons sens par rapport au sens conventionnel de pédalage, le plateau moteur 2 est disposé à gauche du cycle, ce qui implique que la couronne crantée 62, la courroie crantée 52 et le pédalier 87 soient également disposés à gauche. Il est évident que le dispositif qui a été décrit ci dessus peut, sans sortir du cadre de l'invention, comprendre des organes de transmission entre plateaux 2 et 3 comportant deux pignons au lieu d'un seul, mais aussi comporter un plus grand nombre de dentures sur les plateaux pour augmenter le nombre de rapports. De même, il peut ne comporter que deux berceaux 5 et un berceau 9, cas dans lequel la section prismatique de la partie centrale 66 de l'axe de roue sur laquelle coulisse le support central 6 peut être de forme triangulaire. Par ailleurs, et bien que cette boîte de vitesse soit particulièrement intéressarrte pour les bicyclettes, elle peut être mise en oeuvre dans toute autre application comportant un arbre moteur et un arbre récepteur coaxiaux et nécessitant une large gamme de vitesses. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesse pour arbres alignés composée: - d'un plateau moteur (2) et d'un plateau récepteur (3), montés libres en rotation autour d'un axe commun, et comportant, en vis à vis l'un de l'autre et en saillie de surfaces toriques (7), des dentures circulaires et coaxiales (8), se différenciant par leurs diamètres primitifs, leurs nombres de dents, et leur inclinaison par rapport à l'axe de rotation, - d'un support central (6, 6') calé en rotation, - de plusieurs ensembles de transmission de mouvement entre les plateaux, comprenant chacun un berceau (5, 9) monté pivotant sur le support central (6, 6') et portant au moins un pignon (4) engrenant avec les dentures des plateaux, - de moyens (25) de liaison en rotation des berceaux, - de moyens de sélection de vitesse commandant le pivotement de l'un des berceaux, - et de moyens favorisant l'engrènement des dentures à chaque changement de rapport, caractérisée en ce que le plateau moteur (2) et le plateau récepteur (3) sont séparés par une distance constante, tandis que les moyens favorisant l'engrênement de leurs dentures (8) avec celles des pignons (4) des ensembles de transmission sont constitués par lesdits pignons qui, réalisés en matériau déformable élastiquement, comportent chacun et entre leurs moyeux (4a) et leurs jantes (4b), des lumières (43, 44) favorisant la flexion transversale de leur denture. 2. Boîte de vitesse selon la revendication 1, caractérisée en ce que, au moins l'un des plateaux, respectivement moteur (2) ou récepteur (3), est réalisé dans un matériau déformable élastiquement et est monté de manière qu'au moins sa périphérie puisse se déformer élastiquement à l'opposé de l'autre plateau. 3. Boîte selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisée cn ec que chacun des plateaux (2, 3) est monté libre en rotation par rapport à un support fixe (6), et les parties centrales de ces plateaux sont maintenues à écartement constant par des bagues de butée (32, 33) qui, prenant appui sur leur dos, et montées coulissantes sur le support fixe (6), sont reliées l'une à l'autre par des entretoises (4b) montées coulissantes axialement dans le support (6) précité. 4. Boîte selon la revendication 3, caractérisée en ce que le support fixe (6) est composé de deux éléments s'assemblant dans le plan médian transversal (M) de la boîte et contenant les axes de rotation des berceaux (5, 9), chacun de ces deux éléments comprenant un logement axial (10), de réception du boîtier de pédalier (11), des portées intermédiaires (12), d'appui réciproques et de positionnement avec l'autre élément, des demi paliers (13) pour les tourillons (5a, 5b) des berceaux, et au moins deux oreilles (14) pour la fixation du support sur des pattes (15) du cycle. 5. Boîte selon la revendication 4, caractérisée en ce que le tourillon (5b) du berceau de commande (9) se prolonge au-delà de son palier (13) et son extrémité, dépassant ce palier, est lié à un sélecteur (18), relié à la commande de changement de vitesse et comportant un index sensitif (20) coopérant avec des crans (23) ménagés dans une platine fixe (24), solidaire du support (6). 6. Boîte selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée ci ce que le plateau récepteur (3) est monté libre en rotation sur l'une des extrémités d'un axe de roue (71), calée en rotation dans l'une des fourchettes (72) de la fourche arrière du cycle, et est lié par son bord périphérique à l'une des extrémités d'un diabolo (64) porte-rayons, dont l'autre extrémité est liée à un flasque (65), ce flasque étant monté libre en rotation sur le moyeu (60) du plateau moteur (2), tandis que ce moyeu (60) est monté libre en rotation sur l'autre extrémité de l'axe de roue (71) et porte, avec interposition d'une roue libre (61), une couronne crantée (62) pour une courroie crantée (52). 7. Boîte selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'axe de roue (71) comporte un corps central (66), tubulaire et de section prismatique, sur lequel est monté coulissant un support central (6') portant les paliers d'articulation des berceaux (5), ce corps central comportant deux lumières longitudinales opposées (77) pour le passage d'un croisillon traversant (78), dont la partie disposée dans l'axe de roue est liée à une tige axiale de commande (80) et dont les deux extrémités portent des pivots (83) d'articulation des extrémités de deux doigts (84) de commande du basculement de deux berceaux opposés (9). 8. Boîte selon la revendication 7, caractérisée en ce que la tige axiale de commande (80) est montée coulissante dans l'axe de roue (71) et chacune de ses extrémités est reliée, par un moyen mécanique ou hydraulique, au sélecteur de vitesse. 9. Boîte de vitesse selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que chacun des doigts (84) de commande du basculement des deux berceaux (9) est monté coulissant dans le berceau correspondant et constitue axe de rotation pour le pignon (4) porté par ce berceau. 10. Boîte de vitesse selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que chacune des lumières (44) ménagées dans les pignons (4) comprend une partie (44a) en forme d'arc de cercle, disposée près de la jante du pignon, et une partie (44b) sensiblement rectiligne, allant de la partie (44a) en forme d'arc de cercle jusqu'au moyeu du pignon en étant incliné vers l'avant, par rapport au sens de rotation du pignon, cette lumière (44) délimitant avec les lumières voisines, des bras (46) de jonction du moyeu et de la jante présentant un tronçon (46a) coudé vers l'arrière, un tronçon (46b) contrecoudé vers l'arrière, puis un tronçon radial.