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"MECANISME DE CHANGEMENT DE VITESSE."
La présente invention concerne les mécanismes de changement de vitesse et en particulier ceux appliqués aux véhicules automobiles et connus sous le nom de transmissions, ou jeux d'engrenages.
Les transmissions, pour automobiles, actuellement en usage courant exigent un déplacement volontaire d'engrenages pour obtenir la réduction de vitesse voulue. Ce dépla- cement d'engrenages se fait à la main, ce qui exige qu'on retire une main du volant de direction pendant que le véhicule
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est en marche. En raison des conditions actuelles de trafic intense, spécialement dans les endroits très encombrés, et de l'usage de moteurs à grande vitesse, avec reprise ou accélération relativement plus rapide, il est essentiel que le conducteur conserve toujours le contrôle complet de la voiture et, pour ce faire, ait ses deux mains sur le volant de direction pour parer à toutes les éventualités et assurer non seulement sa propre sécurité, mais encore celle des autres.
De plus, les transmissions actuelles sont limitées quant aux réductions, le conducteur d'une voiture automobile n'ayant le choix qu'entre un nombre limité de vitesses qui ne sont qu'approximatives dans leur action, outre qu'elles exigent une opération manuelle.
L'invention a pour objet particulier d'offrir un mécanisme de changement de vitesse qui sera commandé automatiquement par la résistance rencontrée et permettra à la puissance de rester la même tandis que la vitesse fournie est augmentée ou diminuée proportionnellement à la résistance.
Une telle construction permettra à un moteur de fonctionner à sa vitesse la plus efficace pour fournir sa puissance maximum tout en permettant à la voiture de rouler à la vitesse maximum, sur chaque déclivité, pour la puissance développée.
Bien qu'un dispositifde ce genre convienne parti- culièrement pour être utilisé dans des automobiles, on peut également bien en faire usage dans d'autres machines où des réductions de vitesse sont nécessaires, comme les machinesoutils, tourelles d'artillerie, etc.
Sur les dessins ci-joints, qui représentent, à titre d'exemple d'ailleurs purement illustratif une réalisation de l'invention que l'on pourrait du reste réaliser, sans se départir de son esprit, sous de nombreuses autres formes d'exécution :
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Fig. 1 est un schéma représentant le principe de fonctionnement de l'invention dansson état de grande vitesse;
Fig. 2 est un schéma représentant le principe de fonctionnement dans son état de petite vitesse ;
Fig. 3 est an plan, partie en coupe, d'un mécanisme de changement de vitesse construit et fonctionnant conformément auxdits principes ;
Figs. 4,5, 6 et 7 sont des coupes suivant 4-4, 5-5, 6-6 et 7-7, fig. 3;
Fig. 8 est une vue similaire à fig. 3, représentant une construction modifi ée ;
Fig. 9 représente deux unités semblables à celle représentée sur la fig. 8, accouplées pour former une seule transmission.
Un des principes de l'invention, en tant qu'appliqué à son état de grande vitesse, est représenté schématiquement sur la fig. 1 où a désigne un arbre tourillonnant dans des paliers fixes b, b et portant, y assujettie, une poulie e sur laquelle est enroulé un câble, ou élément flexible équivalent, d, à l'extrémité libre duquel est attaché un poids e représentant la puissance appliquée au système. A l'arbre a est également assujetti un bras fqui est en prise (de la manière représentée) avec un bras assujetti à l'une des extrémités d'un arbre h tourillonnant dans une pièce rotative 1 folle sur l'arbre et constituant un égalisateur, ou élément différentiel. A l'autre extrémité de l'arbre h est assujetti un bras ± présentant une oreille k qui s'étend dans une encoche, 1, formée dans la pièce rotative 1.
Cette construction permet un mouvement du bras par rapport à la pièce i, ce bras étant normalement tenu en prise avec un bras n (ci-après décrit) par un ressort à boudin m, travaillant à la torsion, dont un des bouts est attaché à la
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pièce i et l'autre, au moyeu du bras j. Le bras 1 est en prise (de la manière représentée) avec le bras n qui est fou sur l'arbre a et qui est rigidement solidaire d'une poulie o également folle sur le ditarbre et de préférence du même diamètre que la poulie c.
Un câble, ou élément flexible équivalent, p, est enroulé autour de la poulie o en sens inverse de celui dont le câble d est enroulé sur la poulie ± et est attaché, par son extrémité libre, à l'un des bouts d'un ressort à boudin ( représentant la résistance) dont 12autre bout est attaché à un point fixe. La tension minimum du ressort g doit être considérée comme suffisante pour vaincre ltinertie de la pièce i s'ilui était permis d'agir indépendamment sur elle.
En supposant que le poids e (qui constitue la commande) exeroe une traction supérieure à la résistance offerte par le ressort q, la poulie ± se mettra à tourner dans le sens de la flèche tracée sur elle, ce qui fera tourner l'arbre a et le bras f dans le même sens et imprimera l'effort au bras g. En raison de la relation existant entre la pièce i et le ressort q, comme cela a été dit ci-dessus, le bras tend à faire, et fait, tourner l'arbre h, et par conséquent la pièce i tout entière, autour de l'arbre a comme axe. Cela fait tourner le bras ..1. tout entier autour du même axe et ce bras, à son tour, fait tourner le bras n sur l'arbre a.
Le mouvement du bras n, par l'intermédiaire de la poulie o et du câble p,vainc ainsi la résistance du ressort q, Puisque ce ressort offre moins de résistance, à ce moment, que la traction du poids e, les bras et g restent en prise, comme le font également les bras 1 et n, et tout le mécanisme tourne dans son ensemble à la mêmevitesse et dans le même sens que la commande. Cette action se continue jusqu'à ce que la tension du ressort .9. devienne égale à la force de la commande, après quoi les forces se
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trouvent déséquilibrées et la continuation du fonctionnement fait que le bras ,1 est amené à faire une fraction de tour dans le même sens que la commande autour de l'axe de l'arbre h.
Cette fraction de tour du bras j est transmise, par l'in- termédiaire de l'arbre h, au bras g, ce qui fait que celui-ei est avancé angulairement par rapport au bras f, l'action se produisant autour du point de contact entre ces parties comme pivot. Cela fait que la pièce i tourne momentanément plus vite que la commande, condition qui a été amenée par la commande aidée par l'action réciproque des parties, comme décrit ci-dessus. Cette action interrompt l'engagement de commande entre le bras à et le bras n et, à ce moment, le recul du ressort g fait tourner la poulie o et le bras n dans le sens opposé à la commande.
De plus, après l'interrup- tion de l'engagement de commande entre les bras j et n, le ressort m ramène les bras ± et ± à leurs positions normales, leur mouvement dans ce sens étant limité par l'extrémité de l'encoche 1. Le bras l reprend son engagement de commande avec le bras n et, puisque la tension du ressorte a été diminuée dans l'intervalle, tout le mécanisme tourne à nou- veau dans son ensemble jusqu'à ce que la tension du ressort q redevienne sensiblement égale à la force de la commande; alors, l'action nue-décrite se répète. Cette action est similaire à celle d'un dispositif réalisant la présente in- vention jusqu'au point où le mécanisme de grande vitesse @ cesse de fonctionner comme commande.
Fig. 2 est un schéma représentant un autre prin- cipe de l'invention, en tant qu'appliqué à son état de pe- tite vitesse qui comprend une infinité de vitesses infé- rieures à la grande. Il doit être bien entendu que cette partie du mécanisme n'agit, dans le fonctionnement du dis- positif, que lorsque la partie de grande vitesse cesse d'agir.
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Sur cette fig., l'arbre a porte, y assujettie, une roue de friction r en prise avec une roue de friction s assujettie sur l'une des extrémités d'un arbre t tourillonnantdans une pièce rotative, 1, qui est folle sur l'arbre a. A l'autre extrémité de l'arbre t est fixée une roue de friction u en prise avec une roue de friction, v, folle sur l'arbre a.
Une roue w, rigidement solidaire de la roue de friction v et folle sur l'arbre a, reçoit la résistance à la commande.
Les roues de friction r et .2 ont de préférence le même diamètre, tandis que la roue de friction u est de plus grand diamètre que la roue de friction v.
Le mécanisme représenté sur ce schéma a pour but de permettre une description qui permettra une compréhension plus claire de la gamme inférieure de vitesses et fera ressortir plus clairement ce que l'on appellera un fo nctionne- ment "à embrayage glissant" du dispositif. Dans le fonc- tionnement de cette partie du dispositif, il doit être bien entendu que la résistance à la commande est plus grande que l'effort moteur, ou de commande. Dans ces conditions, la pièce i tourne plus vite que la commande, comme cela a été expliqué à propos de fig. 1.
La roue de friction r, qui est mise en rotation par la commande en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre, en la regardant de la gauche de la fig.,- tend à entraîner la roue de friction s dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre et la roue de friction s tend, par l'intermédiaire de l'arbre t, à entraîner la roue de friction u dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre, comme c'est indiqué par les flèches en pointillé tracées sur ces roues. La roue de friction u tend à entraîner la roue de friction v en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre, comme c'est indiqué par la flèche en trait continu tracée sur elle.
La résistance à la commande transmise par l'intermédiaire de la
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roue de friction v tend à empêcher les roues de friction u et s de tourner dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre, indiqué par les flèches en pointillé tracées sur elles.
On peut supposer que la résistance dans la roue v est assez grande pour la tenir immobile et que la roue r tourne. Comme la roue v est d'un diamètre inférieur à celui de la roue u, la pièce i aura tendance à tourner dans le même sens que la roue r. Le résultat est que les roues de friction s et u ainsi que la pièce i tournent ensemble, en sens inverse du mouvement des aiguilles dtune montre, autour de l'arbre a, comme c'est indiqué par la flèche tracée sur la pièce i. Etant donné que l'effort résistant est plus grand que l'effort de commande, les roues s et u tourneront sur leur axe commun, en augmentant encore la vitesse de la pièce i et en l'obligeant à se déplacer plus vite que la commande.
La pièce i, en tournant plus vite que la commande, entratne les roues de friction s et u sur les roues de friction et v; cela tend à tirer, et tire, la roue de friction v avec la pièce i et l'action de la roue de friction u sur la roue de friction v est similaire à celle d'un embrayage glissant.
Il est évident que, à mesure que la vitesse de la roue de friction v décroît, celle de la pièce i augmente et, comme cela a été dit précédemment, lorsque cette partie du mécanisme fonctionne, la pièce 1 tourne plus vite que la commande et, à mesure que la résistance à la commande ralentit la roue menée, c'est-à-dire la roue v, la différentielle de vitesse entre la pièce 1 et la commande augmente.
Dans la transmission ordinaire, lorsqu'elle fonctionne aux petites vitesses, la force de la commande est augmentée par une roue d'engrenage plus petite en entraînant une plus grande qui transmet sa force à la roue menée. Cette
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roue d'engrenage plus petite en entraînantune plus grande donne à la commande un plus grand rapport de leviers sur la roue menée, ou, en d'autres termes, un avantage mécanique.
Mais, lorsque la résistance à la commande est vaincue par un embrayage glissant, la force de la commande n'est pas aug- mentée, mais reste la même, et la roue menée est entraînée à une vitesse plus lente, à laquelle la force de commande est capable de vaincre une telle résistance. Le mécanisme que l'on vient de décrire agit de la même manière qu'un "embray age glissant* en ce que la force de la commande n'est pas augmentée par un rapport de leviers défini, tel quune petite roue dentée en entraînant une plus grande, mais permet à la force de la commande d'entraîner la roue menée à une vitesse plus lente que celle de la commande.
La différence entre Inaction d'un "embrayage glissant" et le dispositif décrit ici est que l'"embrayage glissant" livre sensiblement toute la force de la commande à la roue menée tandis qu'avec le présent dispositif, la force de commande n'est pas tout à fait toute livrée, étant estimé que pratiquement 95 % de la force de commande peut être livrée à la roue menée, ce qui est dû à la nécessité d'étudier ce mécanisme de façon que les vitesses plus lentes puissent être obtenues automatiquement. Cette différence de force est un sacrifice pour assurer la relation automatique et voici une description de la façon dont cette diffé- rence se produit :
On a dit précédemment que la pièce ¯% tournait plus vite que la commande, mais que la roue de friction r entraînait le mécanisme.
Puisque la pièce 1 tourne plus vite que la roue de friction r, et que par conséquent la roue de friction s tourne sur son axe en sens inverse de celui dans lequel la roue de friction r tend à l'entraîner;
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la force de la commande est transmise par l'intermédiaire dela roue de friction s, de l'arbre t, de la pièce rotative i et de la roue de friction u à la roue de friction v qui reçoit la résistance à la commande. Cette force, à la périphérie de la roue v, est théoriquement égale au pro- duit de la multiplication de la force de commande à la péri- phérie de la roue r par le quotient obtenu en divisant le rayon de la roue v par le rayon de la roue r (abstraction faite du frottement).
Par exemple
Si l'on appelle "x" le rayon de la roue r, "y" le rayon de la roue v, "z" la force de commande, la force de la commande appliquée contre sa résistance est alors z fois . Mais le diamètre de la roue v doit être plus petit que celui de la roue u afin de produire le nombre infini de vitesses inférieures à la grande vitesse.
En supposant maintenant que les roues r et s sont d'égal rayon (x) et que le rayon (y) de la roue v est les 3 du rayon de la roue u, et en appelant @la distance entre les axes des arbres a et t, on a alors rayon x des roues r et s 2 2 rayon y de la roue v et la force de la commande contre sa résistance est
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soit 80 % de la force de commande; mais cette quantité sera plus élevée que 80 % en raison de la résistance de frottement à la rotation de la pièce i.
Il est évident que la partie de la force de commande (abstraction faite du frottement) qui agit sur la résistance à la commande dépend du rapport des diamètres des roues r et v.
Il est également évident que le mécanisme ne revien-
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dra pas de lui-même à l'état de grande vitesse tant que la résistance à la commande ne sera pas sensiblement égale à cette partie de la force de commande transmise à la pièce recevant la résistance. Mais, une fois dans l'état de grande vitesse, le plein effort de commande (abstraction faite du frottement) sera appliqué contre la résistance à la commande.
On sait parfaitementque cette mise du mécanisme à l'état de grande vitesse pourrait être accélérée, dans une automobile en marche, en fermant momentanément l'étrangleur et en laissant la vitesse du moteur devenir sensiblement la même que celle de l'arbre propulseur de la voiture, ce qui est produit par la force mouvante de cette dernière.
La caractéristique principale du fonctionnement du dispositif que l'on vient de décrtre est que la force de commande transmise par la roue de friction r ten d continuellement à entraîner la roue s en sens inverse de celui dans lequel elle tourne et que cette force est transmise, par l'intermédiaire de la pièce i et de la roue u et agit contre la résistance. La force de commande tendant à entraîner les roues u et s en sens inverse de celui dans lequel elles tournent fait que la roue v tourne pour une partie du chemin avec la roue r, ou à une vitesse inférieure à celle de la roue r, selon combien la résistance est plus grande que la force de commande.
En d'antres termes, la roue, r, par l'intermédiaire de la roue s, de l'arbre t et des rouesu et v, tend continuellement à entrainer la pièce i en sens inverse de la commande tandis que la résistance offerte par la roue v tend continuellement, par l'intermédiaire de la roue u de l'arbre t et des roues s et r, à entrainer la pièce i dans le sens de la commande. Il est ainsi évident que cette partie de la force de la commande qui atteint la roue v agit continuellement contre la résistance à la commande, peu importe la différence de vitesse entre la pièce 1 et la commande. Cela
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est vrai lorsque l'état de petite vitesse existe.
Sur les Figs. 3 à 7 inclusivement, 11 désigne un arbre de commande recevant de la puissance d'une source quelconque convenable et tourillonnant dans des paliers 12 et la!.. Le palier 12 est fixe tandis que le palier 12' comprend le manchon d'une pièce 13 qui constitue l'élément menéou commandé etqui, tournantelle-même dansun palier fixe 14, est capable de transmettre de la puissance au mécanisme à commander. Sur l'arbre 11 est assujetti un rochet 15 dans lequel prend un cliquet 16 (Figs.3 et 4) pivotant sur un plateau 17 qui entoure le moyeu d'une roue dentée 18, folle sur l'arbre 11, et est claveté à ce moyeu. Le cliquet 16 est tenu en prise avec le rochet 15 par un ressort 19.
Le cliquet 17 et le rochet 15 constituent une disposition simple d'accouplement n'agissant que dans un seul sens, ou "à roue libre", dont on peut utiliser toute autre disposi- tion convenable et bien connue. La roue dentée 18 engrène avec une roue dentée 20 assujettie à l'une des extrémités d'un arbre 21 tourillonnant dans une pièce rotative 22 qui est folle sur l'arbre 11 et qui constitue un égalisateur ou élément différentiel. A l'autre extrémité de l'arbre 21 est assujetti un chien 23 qui est disposé, comme représenté,pour prendre sur l'une des chevilles d'une série de chevilles 24 faisant partie d'une roue 25 (voir Figs. 3 et 5)qui est folle sur l'arbre 11 mais est rigidement solidaire du manchon 12' de l'élément mené 13 dont il a été question précédemment.
Le chien 23 est pourvu, sur la face interne de son moyeu, d'une oreille 26 qui s'étend dans une encoche 10 formée dans la pièce rotative 22 (Fig. 3 et 6). Cette construction permet un mouvement du chien 23 par rapport à la pièce rotative 22 dans un but qui sera indiqué plus¯loin. Le chien 23 est normalement tenu en prise avec une des chevilles 24 par un ressort à boudin 27,travaillant à la torsion, dont une des extrémités est attachée à la pièce 22 et l'autre, au moyen du chien.Les roues
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dentées 18 et 20 ont de préférence des cercles primitifs du même diamètre qui est de préférence égal au diamètre d'un cercle passant par les centres des chevilles 24.
Le mécanisme décrit jusqu'ici constitue cette portion du dispositif qui transmet la plus grande vitesse à l'élément mené 13 . Le principe du fonctionnement a été clairement décrit par rapport au schéma représenté sur la fig. 1. Dans le fonctionnement réel, avec puissance appliquée à l'arbre 11 pour le faire tourner dans le sens de la flèche tracée sur lui, et l'élément mené 13 offrant une résistance inférieure à la force de commande, le rochet 15 tournera dans le sens de la flèche tracée sur lui. Par l'intermédiaire du cliquet 16 et du plateau 17 , la roue dentée 18 sera mise en rotation dans le même sens.
La roue dentée 18 , par l'intermédiaire de la roue dentée 20 , fera tourner la pièce 22 dans le même sens et cette pièce, à son tour, fera, par l'intermédiaire du chien 23 , tourner la roue 25, et par conséquent l'élément mené 13 , dans le même sens.
Toutes les parties sus-mentionnées seront bloquées ensemble, tout le mécanisme tournera ,dans son ensemble, avec la commande et il n'y aura pas de mouvement relatif des parties.
Lorsque l'état de grande vitesse existe, en raison des diamètres égaux des portions effectives de la roue dentée 18 et de la roue 25,ou, en d'autres termes, en raison des rapports de leviers égaux des roues dentées 18 et 20 ,du chien 23 et de la roue 25 , la force résistante doit être plus grande que la force de la commande avant que le chien 23 commence à se dégager de la roue 25 . Puisque la roue dentée menante, ou de commande, 18 tend, par l'intermédiaire de la roue dentée 20 et de l'arbre 21 ,à entraîner la pièce 22 dans le sens opposé à la commande et puisque la résistance de la roue 25 n'est pas supérieure à la force
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de la commande, tout le mécanisme tourne dans son ensemble et il y a un équilibre de forces.
Mais, comme cela a été dit précédemment, les rapports de leviers sont égaux, de sorte que, si la force résistante est plus grande que la force de commande , cette résistance tendant toujours, par l'intermédiaire de la roue 25, à entraîner la pièce 22 dans le sens de la commande a alors l'occasion d'effectuer réellement cet entraînement en faisant tourner partiellement le chien 23 . On a alors un état non équilibré des forces et la portion de grande vitesse du mécanisme cesse de fonctionner.
Voici maintenant comment est établi le mécanisme qui transmet à l'élément mené 13 des vitesses inférieures à la grande vitesse. A l'arbre 11 est assujettie une roue dentée 28 qui engrène avec une roue dentée 29 assujettie par une liaison à cheville et fente, 30, à l'une des extrémités d'un arbre 31 tourillonnant dans la pièce rotative 22, dont il a été question précédemment, en un point diamétralement opposé à l'arbre 21 qui s'y trouve. A l'autre extrémité de l'arbre 31 est assujettie une roue dentée 32 qui engrène avec une roue dentée 33 , folle sur l'arbre 11 mais rigidement solidaire de la roue 25 , comme c'est représenté sur la fig. 3 .
Les cercles primitifsdes roues dentées 28 et 29 ont de préférence le même diamètre tandis que le cercle primitif de la roue dentée 32 est de plus grand diamètre que celui de la roue dentée 33 .
Dans le fonctionnement de cette portion du dispositif, dont le principe a été clairement exposé par rapport au schéma représenté sur la fige 2 , il doit être bien entendu que, comme cela a été dit précédemment ,la résistance de l'élément mené 13 a atteint un point où elle est supérieure à la force de la commande. Le fonctionnement du dispositif , après cela, est le suivant : En raison de la
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résistance de l'élément mené 13 , et par conséquent de la roue 25 , le chien 23 fait une fraction de tour en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre, sur la fig.
5 ce qui fait tourner partiellement l'arbre 21 et la roue dentée 20 dans le même sens, en obligeant ainsi la pièce 22 à tourner plus vite que la commande. Le chien 23 continue à tourner sur son axe jusqu'à ce qu'il soit dégagé de la cheville 24 avec laquelle il était en prise. L'encoche 10 , prévue pour limiter le mouvement 23 , lui permet un mouvement suffisant pour le dégager des chevilles 24 .
Une fois cela fait, le cliquet 16 ressaute sur le rochet 15 et les roues dentées 18 et 20 n'ont aucun mouvement relatif. Pendant que le chien 23 est dégagé , la roue dentée 29 ,en tournant tout entière autour de l'arbre 11 , plus vite que cet arbre, a un mouvement rotatif sur l'arbre 31.
Les roues dentées 32 et 33 , en raison de leur différence de rapport comparées aux roues dentées 29 et 28 , et selon l'amplitude de mouvement de la roue dentée 33 , peuvent, ou non, avoir entrainé l'arbre 31 aussi vite que la roue 29 tournant sur lui. Ce mouvement possible de la roue dentée 29 par rapport à l'arbre 31 a été permis par la liaison à fente et cheville 30 entre cette roue et ledit arbre. La roue dentée 28 prend alors la commande et, en raison de la résistance de l'élément mené 13 , qui à ce moment excède la force de la commande, les roues dentées 29 et 32 et l'arbre 31 tournent dans leur ensemble autour de l'axe de l'arbre 11 et, par conséquent, la pièce 22 se met à tourner en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre et plus vite que la commande.
En tournant plus vite que la commande, la pièce 22 entraîne les roues dentées 29 et 32 autour des roues dentées 28 et 33 et imprime un certain mouvement à la roue dentée 33 , dans la direction de la commande . La roue 33 , qui est rigidement solidaire de la
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roue 25, laquelle est, à son tour, rigidement solidaire de l'élément mené 13, imprime ce mouvement à ce dernier.
Le mécanisme sus-décrit convient particulièrement pour être employé comme transmission dans des voitures légères pour le transport des personnes. On n'a pas représenté d'engrenages de marche arrière, car la marche arrière du véhicule peut être effectuée par un jeu d'engrenages de marche arrière ordinaire, actionné à la main.
Dans le fonctionnement du dispositif sus-décrit comme appliqué à une automobile, le conducteur de la voiture n'a qu'à mettre l'embrayage en prise pour faire démarrer cette dernière. Cette opération met l'arbre 11 en rotation en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre sur la fig. 3 . L'arbre 11 entraîne le rochet 15 qui, par l'intermédiaire du cliquet 16 , fait tourner la roue dentée 18 dans le même sens. La roue dentée 18 fait tourner la pièce 22 sur l'arbre 11 , dans le même sens, et, en raison de la résistance de la roue 25 ,qui est immobile du fait de l'inertie de la voiture, le chien 23 commence à tourner sur son axe et transmet ce mouvement à la roue dentée 20 , ce qui fait tourner la pièce plus vite que la commande.
Cette action se continue jusqu'à ce que le chien 23 ait été dégagé de la cheville 24 , de la roue 25 ,avec laquelle il était en prise. Une fois cela fait, la roue dentée 28 prend la commande et, en raison de la résistance, qui à ce moment excède la force de la commande, les roues dentées 29 et 32 ainsi que l'arbre 31 tournent, dans leur ensemble, autour de l'arbre 11 ce qui fait tourner la pièce 22 dans le même sens, mais plus vite, que la commande. La pièce 22 , en tournant plus vite que la commande, imprime un certain mouvement à la roue dentée 33 et, par l'intermédiaire de la roue 25 et de l'élément mené 13 , met la voiture en marche.
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A mesure que la voiture marche et que la résistance décroît, la vitesse de la pièce 22 diminue et continue à diminuer, avec une augmentation correspondante de la vitesse de rotation de ltélément mené ,jusqu'à ce que la résistance soit égale à la force de la commande appliquée à la roue dentée 33. A ce moment, le chien 23 tourne partiellement pour revenir en prise avec la roue 25 , après quoi le mécanisme tourne comme un tout et la voiture est actionnée à grande vitesse.
On voit par conséquent que la construction décrite offre une transmission qui comprend un moyen, contrôlé automatiquement par la résistance de l'élément mené , pour actionner celui-ci à une vitesse qui est sensiblement directement proportionnelle à la vitesse de l'élément menant, ou de commande, et à la force exercée par lui et sensiblement inversement proportionnelle à la résistance de l'élément mené.
Le mécanisme représenté sur la fig. 3 reçoit de préférence sa commande de l'extrémité décrite ; mais il peut être inversé et recevoir sa commande de l'extrémité opposée.
Dans ce cas, la pièce 22 , dans l'état de petite vitesse, tournerait dans le même sens, mais plus lentement, que la commande pour certaines des vitesses/et tournerait en sens inférieu- res res-inverse de la commande pour le restant des vitesses infé- terait immobile rieures. D'après l'action de la pièce 22 dans ces conditions, pour une des il est évident que le mécanisme ne reviendrait pas à l'état de grande vitesse aussi rapidement que s'il était actionné , ou recevait sa commande, de la manière représentée, auquel cas la pièce 22 a à ralentir pour venir à l'état de grande vitesse, amortir la vitesse d'une masse en rotation étant plus facile que de l'accélérer.
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Sur la fig. 8 , on a représenté une construction modifiée dans laquelle une petite vitesse définie peut être obtenue. La portion de grande vitesse de ce dispositif est similaire à celle représentée sur la fig. 3 ,sauf l'adjonction d'une roue dentée 48 , qui sera décrite ciaprès, et ses parties ont été désignées par les mêmes caractères de référence. La roue dentée 48 est folle sur l'arbre 11 et est interposée entre la roue 25 et l'élément mené 13 , en étant rigidement solidaire de chacune de ces parties. Le fonctionnement de cette portion du dispositif est identique à celui décrit à propos du mécanisme de grande vitesse représenté sur la fig. 3 .
La portion de petite vitesse de ce dispositif est similaire à celle représentée sur la fig. 3 , à l'exception de la roue dentée 18 susmentionnée, pour une gamme définie de vitesses inférieures à la grande vitesse et jusqu'à une vitesse où la résistance a augmenté jusqu'à un point prédéterminé. Les parties de cette portion du dispositif ont été désignées par les mêmes caractères de référence que les parties similaires sur la fig. 3 . Lorsque la résistance à la commande a augmenté jusqu'à une valeur prédéterminée, la commande se fait par l'intermédiaire du mécanisme suivant.
A l'arbre 11 est assujettie, en un endroit adjacent au palier 12, une roue dentée 40 qui engrène avec une roue dentée 41 assujettie à l'une des extrémités dtun arbre intermédiaire 42 qui tourillonne dans des paliers fixes 43 et à l'autre extrémité duquel est assujetti un rochet 44 ( ou accouplement de commande, n'agissant que dans un sens , équivalent) dans lequel prend un cliquet à ressort 45 pivotant sur une roue dentée 46 qui est elle-même folle sur ledit arbre et tenue en place dessus par un collier ,47, La roue dentée 46 engrène avec la roue dentée 48 sus-décrite. Le diamètre du cercle primitif
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de la roue 41 est de préférence plus grand que celui du cercle primitif de la roue 40 ,avec ce résultat que l'arbre intermédiaire 42 est actionné à une vitesse plus lente que celle de la commande.
Le fonctionnement du mécanisme représenté sur la fig. 8 peut être brièvement résumé comme il suit : Lorsque la force de l'arbre de commande 11 excède la résistance de l'élément mené 13 , la commande se fait par l'intermédiaire de la portion de grande vitesse du mécanisme, d'une manière similaire à celle décrite à propos de fig. 3 . A ce moment, la roue dentée 48 tournera à la même vitesse et dans le même sens que la commande. Du fait que l'arbre intermédiaire 42 tourne plus lentement que la commande et en raison, aussi, du rapport des roues dentées 48 et 46,la roue 46 est mise en rotation par la roue 48 à une vitesse supérieure à celle qui pourrait lui être imprimée par la commande et cette roue 46 tourne, par conséquent, folle sur l'arbre 42 , le cliquet 45 ressautant sur les dents du rochet 44 .
Lorsque la résistance de l'élément mené 13 a augmenté à un point juste au delà de la force de l'arbre de commande 11 , la portion de grande vitesse sera mise hors d'action, comme cela a été décrit à propos de fig. 3 , et la commande se fera par l'intermédiaire des parties de la portion de petite vitesse du dispositif, qui correspond à la portion de petite vitesse représentée sur la fig. 3 . A ce moment, la roue dentée 48 fera encore tourner la roue 46 à une vitesse supérieure à celle qui pourrait lui être imprimée par la commande et elle continuera à le faire jusqu'à ce que la résistance de l'élément mené 13 ait augmenté jusqu'à un point donné, déterminé par le rapport des roues dentées 40 et 41 et le rapport des roues dentées 48 et 46 .
A ce moment, en raison
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du rapport du train de roues dentées sus-décrit, la roue 46 sera commandée par l'arbre 11 , au moyen des roues 40 et 41, du rochet 44 et du cliquet 45 , à une vitesse supérieure à celle que la roue 48 tend à lui imprimer. On voit ainsi qu'on a atteint une petite vitesse définie, la commande , à ce moment, se faisant par l'intermédiaire de l'arbre 11 des roues 40 et 41 , du rochet 44 et du cliquet 45 , des roues 46 et 48 et de l'élément mené 13 .
Le mécanisme que l'on vient de décrire convient particulièrement pour être utilisé comme transmission sur les fortes voitures pour le transport des personnes et les camionnettes.
Fig. 9 représente une transmission dans laquelle deux jeux de mécanisme comme celui de fig. 8 sont accouplés ensemble.
Pour plus de commodité , le jeu adjacent à la source de puissance a été désigné, dans son ensemble, par A tandis que l'autre jeu a été désigné par B. Les parties similaires sont désignées par les mêmes caractères de référence que sur la fig. 8 ,à l'exception des arbres de commande qui sont désignés par 11 et 11' et des éléments commandés qui sont désignés par 13 et 13',pour le jeu A et le jeu B , respectivement. L'élément commandé, 13, du jeu A est assujetti à la roue dentée 40 du jeu B pour tourner avec celle-ci et, par conséquent, avec l'arbre 11' .
Le fonctionnement du dispositif complet représenté sur la fig. 9 peut être brièvement résumé comme il suit : Lorsque la résistance de l'élément mené 13' est inférieure à la force de l'arbre de commande 11 , la commande se fait par les portions de grande vitesse des jeux A et B ,les trains d'engrenages des deux jeux restant inactifs parce que les roues dentées 48 font tourner les roues dentées 46 à une
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vitesse supérieure à celle à laquelle les roues dentées 40 tendent à les faire tourner. Cela constitue l'état de grande vitesse.
Lorsque la résistance de l'élément mené 13' augmente jusqu'à un point suffisamment au delà de la force de la commande, la commande se fait par la portion de petite vitesse de l'un des jeux et la portion de grande vitesse de l'autre jeu, les trains d'engrenages des deux jeux ne fonctionhant pas à ce moment. Lorsque la résistance à la commande a augmenté jusqu'à un point prédéterminé , le train d'engrenages de celui des jeux qui fonctionnait en petite vitesse prend la commande. Cet état constitue une vitesse intermédiaire définie. Si la résistance augmente encore suffisamment ,le jeu qui fonctionnait en grande vitesse fonctionne alors en petite vitesse, à l'exclusion de son train d'engrenages et, avec une nouvelle augmentation de résistance, ce jeu fonctionne par l'intermédiaire de son train d'engrenages, ce qui a pour résultat une petite vitesse définie.
On voit ainsi que, avec deux jeux de mécanisme accouplés, on peut obtenir trois vitesses définies. Avec trois jeux, on pourrait obtenir quatre vitesses définies, et ainsi de suite. Le mécanisme sus-décrit convient particulièrement pour être utilisé comme transmission sur des gros camions, des autobus et des machines où il est nécessaire d'avoir un certain nombre de vitesses définies.
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"GEAR CHANGE MECHANISM."
The present invention relates to gear change mechanisms and in particular those applied to motor vehicles and known under the name of transmissions, or sets of gears.
The transmissions, for automobiles, currently in common use require a deliberate displacement of gears to obtain the desired reduction in speed. This gear shifting is done by hand, which requires removing one hand from the steering wheel while the vehicle is moving.
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is working. Due to the current heavy traffic conditions, especially in very congested areas, and the use of high speed engines, with relatively faster pick-up or acceleration, it is essential that the driver always retains complete control of the car and , to do this, have both hands on the steering wheel to deal with all eventualities and ensure not only your own safety, but also that of others.
In addition, current transmissions are limited in terms of reductions, with the driver of a motor vehicle only having the choice between a limited number of speeds which are only approximate in their action, besides requiring manual operation. .
A particular object of the invention is to provide a speed change mechanism which will be controlled automatically by the resistance encountered and will allow the power to remain the same while the speed supplied is increased or decreased in proportion to the resistance.
Such a construction will allow an engine to run at its most efficient speed to deliver its maximum power while still allowing the car to run at maximum speed, on every grade, for the power developed.
Although such a device is particularly suitable for use in automobiles, it can also be used well in other machines where speed reductions are required, such as machine tools, artillery turrets, etc.
In the accompanying drawings, which represent, by way of example, moreover purely illustrative, an embodiment of the invention that could moreover be achieved, without departing from its spirit, in many other embodiments :
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Fig. 1 is a diagram showing the principle of operation of the invention in its high speed state;
Fig. 2 is a diagram showing the principle of operation in its low speed state;
Fig. 3 is a plan, part in section, of a gear change mechanism constructed and operating in accordance with said principles;
Figs. 4,5, 6 and 7 are sections along 4-4, 5-5, 6-6 and 7-7, fig. 3;
Fig. 8 is a view similar to FIG. 3, showing a modified construction;
Fig. 9 shows two units similar to that shown in FIG. 8, coupled to form a single transmission.
One of the principles of the invention, as applied in its high speed state, is shown schematically in FIG. 1 where a designates a journaling shaft in fixed bearings b, b and carrying, subject to it, a pulley e on which is wound a cable, or equivalent flexible element, d, to the free end of which is attached a weight e representing the power applied to the system. To the shaft a is also secured an arm f which is engaged (as shown) with an arm secured to one of the ends of a shaft h journaling in a rotating part 1 idle on the shaft and constituting an equalizer , or differential element. At the other end of the shaft h is fixed an arm ± having an ear k which extends in a notch, 1, formed in the rotating part 1.
This construction allows movement of the arm relative to the part i, this arm being normally held in engagement with an arm n (hereinafter described) by a coil spring m, working in torsion, one end of which is attached to the
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part i and the other at the hub of arm j. The arm 1 is engaged (in the manner shown) with the arm n which is loose on the shaft a and which is rigidly secured to a pulley o also loose on the ditarbre and preferably of the same diameter as the pulley c.
A cable, or equivalent flexible element, p, is wound around the pulley o in the opposite direction to that of which the cable d is wound on the pulley ± and is attached, by its free end, to one end of a coil spring (representing resistance), the other end of which is attached to a fixed point. The minimum tension of the spring g must be considered sufficient to overcome the inertia of the part i if it were allowed to act independently on it.
Assuming that the weight e (which is the control) exerts a traction greater than the resistance offered by the spring q, the pulley ± will start to rotate in the direction of the arrow drawn on it, which will cause the shaft a to rotate. and the arm f in the same direction and will apply the force to the arm g. Due to the relationship between part i and spring q, as said above, the arm tends to make, and causes, the shaft h, and therefore the entire part i, to rotate around the shaft has as its axis. This rotates the arm ..1. whole around the same axis and this arm, in turn, rotates arm n on shaft a.
The movement of the arm n, through the pulley o and the cable p, thus overcomes the resistance of the spring q, Since this spring offers less resistance, at this moment, than the traction of the weight e, the arms and g remain engaged, as also do arms 1 and n, and the entire mechanism rotates as a whole at the same speed and in the same direction as the control. This action continues until the tension of the spring .9. becomes equal to the force of the command, after which the forces
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find unbalanced and the continuation of operation causes the arm, 1 to make a fraction of a turn in the same direction as the control around the axis of the shaft h.
This fraction of a turn of the arm j is transmitted, by means of the shaft h, to the arm g, which means that the latter is advanced angularly with respect to the arm f, the action occurring around the point contact between these parts as a pivot. This causes the part i to momentarily rotate faster than the drive, a condition which was brought about by the drive aided by the interplay of the parts, as described above. This action interrupts the control engagement between the arm a and the arm n and, at this moment, the recoil of the spring g rotates the pulley o and the arm n in the direction opposite to the command.
In addition, after interrupting the control engagement between the arms j and n, the spring m returns the arms ± and ± to their normal positions, their movement in this direction being limited by the end of the notch 1. The arm l resumes its control engagement with the arm n and, since the tension of the spring has been decreased in the meantime, the whole mechanism turns again as a whole until the tension of the spring q becomes again approximately equal to the force of the command; then, the naked-described action is repeated. This action is similar to that of a device embodying the present invention up to the point where the high speed mechanism @ ceases to function as a control.
Fig. 2 is a diagram showing another principle of the invention, as applied to its low speed state which includes an infinity of lower than high speeds. It must be understood that this part of the mechanism only acts, in the operation of the device, when the high speed part ceases to act.
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In this fig., The shaft has a bearing and attached to it, a friction wheel meshing with a friction wheel s attached to one end of a shaft t journalled in a rotating part, 1, which is idle on the tree has. At the other end of the shaft t is fixed a friction wheel u in mesh with a friction wheel, v, idle on the shaft a.
A wheel w, rigidly integral with the friction wheel v and loose on the shaft a, receives resistance to the command.
The friction wheels r and .2 preferably have the same diameter, while the friction wheel u is of larger diameter than the friction wheel v.
The mechanism shown in this diagram is intended to provide a description which will allow a clearer understanding of the lower range of speeds and bring out more clearly what will be referred to as a "slip clutch" operation of the device. In the operation of this part of the device, it must be understood that the resistance to the control is greater than the motor or control force. Under these conditions, the part i turns faster than the control, as has been explained with regard to fig. 1.
The friction wheel r, which is rotated by the control in an anti-clockwise direction, looking at it from the left in fig., - tends to drive the friction wheel s clockwise. clockwise movement and the friction wheel s tends, through the shaft t, to drive the friction wheel u clockwise, as indicated by the dotted arrows drawn on these wheels. The friction wheel u tends to drive the friction wheel v in a counterclockwise direction as indicated by the solid arrow drawn on it.
The resistance to the command transmitted through the
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Friction wheel v tends to prevent friction wheels u and s from rotating in a clockwise direction, indicated by the dotted arrows drawn on them.
It can be assumed that the resistance in the wheel v is large enough to hold it still and the wheel r is turning. As the wheel v is of a smaller diameter than that of the wheel u, the part i will tend to rotate in the same direction as the wheel r. The result is that the friction wheels s and u as well as the part i rotate together, counterclockwise, around the shaft a, as indicated by the arrow drawn on the part i. Since the resistive force is greater than the control force, the wheels s and u will rotate on their common axis, further increasing the speed of the part i and forcing it to move faster than the control .
The part i, turning faster than the control, drives the friction wheels s and u on the friction wheels and v; this tends to pull, and pulls, the friction wheel v with the part i and the action of the friction wheel u on the friction wheel v is similar to that of a sliding clutch.
It is obvious that, as the speed of the friction wheel v decreases, that of part i increases and, as was said before, when this part of the mechanism is working, part 1 turns faster than the drive and , as the resistance to the drive slows down the driven wheel, i.e. wheel v, the speed differential between part 1 and the drive increases.
In the ordinary transmission, when operating at low speeds, the force of the drive is increased by a smaller gear wheel by driving a larger one which transmits its force to the driven wheel. This
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smaller gear wheel by driving a larger one gives the control a greater ratio of levers to the driven wheel, or, in other words, a mechanical advantage.
But, when the resistance to the control is overcome by a sliding clutch, the force of the control is not increased, but remains the same, and the driven wheel is driven at a slower speed, at which the force of command is able to overcome such resistance. The mechanism just described acts in the same way as a "sliding clutch" in that the force of the control is not increased by a defined lever ratio, such as a small toothed wheel by causing a larger, but allows the force of the control to drive the driven wheel at a slower speed than the control.
The difference between the inaction of a "slip clutch" and the device described herein is that the "slip clutch" delivers substantially all of the force of the drive to the driven wheel while with the present device the drive force does not. is not quite all livery, being estimated that almost 95% of the driving force can be delivered to the driven wheel, which is due to the need to study this mechanism so that the slower speeds can be obtained automatically . This difference in strength is a sacrifice to ensure the automatic relation and here is a description of how this difference occurs:
It has been said previously that the part ¯% rotates faster than the drive, but that the friction wheel r drives the mechanism.
Since the part 1 turns faster than the friction wheel r, and consequently the friction wheel s turns on its axis in the opposite direction to that in which the friction wheel r tends to drive it;
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the force of the drive is transmitted through the friction wheel s, the shaft t, the rotating part i and the friction wheel u to the friction wheel v which receives the resistance to the drive. This force at the periphery of the wheel v is theoretically equal to the product of the multiplication of the control force at the periphery of the wheel r by the quotient obtained by dividing the radius of the wheel v by the radius of the wheel r (apart from friction).
for example
If we call "x" the radius of the wheel r, "y" the radius of the wheel v, "z" the control force, then the force of the control applied against its resistance is z times. But the diameter of the wheel v must be smaller than that of the wheel u in order to produce the infinite number of speeds lower than high speed.
Assuming now that the wheels r and s are of equal radius (x) and that the radius (y) of the wheel v is the 3 of the radius of the wheel u, and calling @the distance between the axes of the shafts a and t, we then have radius x of the wheels r and s 2 2 radius y of the wheel v and the force of the control against its resistance is
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or 80% of the control force; but this amount will be higher than 80% due to the rotational frictional resistance of the part i.
It is obvious that the part of the control force (apart from the friction) which acts on the resistance to the control depends on the ratio of the diameters of the wheels r and v.
It is also evident that the mechanism does not return
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will not of itself in the high speed state as long as the resistance to the control is not substantially equal to that part of the control force transmitted to the part receiving the resistance. But, once in the high-speed state, the full control force (excluding friction) will be applied against the resistance to the control.
It is well known that this setting of the mechanism to the state of high speed could be accelerated, in a moving automobile, by momentarily closing the choke and allowing the speed of the engine to become substantially the same as that of the propulsion shaft of the motor. car, which is produced by the moving force of the latter.
The main feature of the operation of the device just described is that the control force transmitted by the friction wheel tends to continuously drive the wheel s in the opposite direction to that in which it turns and that this force is transmitted , through the part i and the wheel u and acts against the resistance. The control force tending to drive the wheels u and s in the opposite direction to that in which they turn causes the wheel v to turn for part of the way with the wheel r, or at a speed lower than that of the wheel r, according to how much greater the resistance than the driving force.
In other words, the wheel, r, through the intermediary of the wheel s, the shaft t and the wheels u and v, continually tends to drive the part i in the opposite direction of the command while the resistance offered by the wheel v continuously tends, via the wheel u of the shaft t and the wheels s and r, to drive the part i in the direction of the control. It is thus evident that this part of the force of the control which reaches the wheel v acts continuously against the resistance to the control, regardless of the speed difference between the part 1 and the control. This
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is true when the low speed condition exists.
In Figs. 3 to 7 inclusive, 11 designates a drive shaft receiving power from any suitable source and journaling in bearings 12 and 1a! ... Bearing 12 is fixed while bearing 12 'comprises the one-piece sleeve. 13 which constitutes the driven or controlled element and which, itself rotating in a fixed bearing 14, is capable of transmitting power to the mechanism to be controlled. On the shaft 11 is secured a ratchet 15 in which takes a pawl 16 (Figs. 3 and 4) pivoting on a plate 17 which surrounds the hub of a toothed wheel 18, loose on the shaft 11, and is keyed to this hub. The pawl 16 is held in engagement with the ratchet 15 by a spring 19.
Pawl 17 and ratchet 15 constitute a simple one-way, or "freewheel", coupling arrangement of which any other suitable and well-known arrangement can be used. The toothed wheel 18 meshes with a toothed wheel 20 secured to one of the ends of a shaft 21 journaled in a rotating part 22 which is loose on the shaft 11 and which constitutes an equalizer or differential element. At the other end of the shaft 21 is secured a hammer 23 which is arranged, as shown, to take on one of the pegs of a series of pegs 24 forming part of a wheel 25 (see Figs. 3 and 5) which is loose on the shaft 11 but is rigidly integral with the sleeve 12 'of the driven element 13 which was discussed previously.
The hammer 23 is provided, on the internal face of its hub, with an ear 26 which extends in a notch 10 formed in the rotating part 22 (FIGS. 3 and 6). This construction allows movement of the hammer 23 relative to the rotating part 22 for a purpose which will be indicated further. The hammer 23 is normally held in engagement with one of the pegs 24 by a coil spring 27, working in torsion, one end of which is attached to the part 22 and the other, by means of the hammer.
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toothed 18 and 20 preferably have pitch circles of the same diameter which is preferably equal to the diameter of a circle passing through the centers of the pegs 24.
The mechanism described so far constitutes that portion of the device which transmits the highest speed to the driven element 13. The principle of operation has been clearly described with respect to the diagram shown in FIG. 1. In actual operation, with power applied to shaft 11 to rotate it in the direction of the arrow drawn on it, and the driven member 13 providing less resistance than the driving force, the ratchet 15 will rotate in the direction of the arrow drawn on it. Via the pawl 16 and the plate 17, the toothed wheel 18 will be rotated in the same direction.
The toothed wheel 18, through the toothed wheel 20, will turn the part 22 in the same direction and this part, in turn, will, through the dog 23, turn the wheel 25, and therefore the driven element 13, in the same direction.
All the above-mentioned parts will be locked together, the whole mechanism will turn, as a whole, with the control and there will be no relative movement of the parts.
When the high speed state exists, due to the equal diameters of the effective portions of the toothed wheel 18 and the wheel 25, or, in other words, due to the equal lever ratios of the toothed wheels 18 and 20, of hammer 23 and wheel 25, the resistive force must be greater than the force of the control before hammer 23 begins to disengage from wheel 25. Since the driving or control toothed wheel 18 tends, through the intermediary of the toothed wheel 20 and the shaft 21, to drive the part 22 in the direction opposite to the control and since the resistance of the wheel 25 n is not greater than the force
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control, the whole mechanism turns as a whole and there is a balance of forces.
But, as has been said previously, the lever ratios are equal, so that, if the resistive force is greater than the control force, this resistance always tending, by means of the wheel 25, to drive the part 22 in the direction of the command then has the opportunity to actually perform this training by partially rotating the hammer 23. There is then an unbalanced state of forces and the high speed portion of the mechanism ceases to function.
Here is now how the mechanism which transmits speeds lower than high speed to the driven element 13 is established. To the shaft 11 is attached a toothed wheel 28 which meshes with a toothed wheel 29 secured by a pin and slot connection, 30, to one of the ends of a shaft 31 journaled in the rotating part 22, of which it has discussed previously, at a point diametrically opposite to the shaft 21 which is there. At the other end of the shaft 31 is attached a toothed wheel 32 which meshes with a toothed wheel 33, loose on the shaft 11 but rigidly secured to the wheel 25, as shown in FIG. 3.
The pitch circles of the toothed wheels 28 and 29 preferably have the same diameter while the pitch circle of the toothed wheel 32 is of larger diameter than that of the toothed wheel 33.
In the operation of this portion of the device, the principle of which has been clearly explained with respect to the diagram shown in fig 2, it must of course be understood that, as has been said previously, the resistance of the driven element 13 has reached a point where it is greater than the force of the command. The operation of the device, after that, is as follows: Due to the
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resistance of the driven element 13, and consequently of the wheel 25, the hammer 23 makes a fraction of a turn in the opposite direction of the clockwise movement, in FIG.
5 which partially rotates the shaft 21 and the toothed wheel 20 in the same direction, thus forcing the part 22 to rotate faster than the drive. The hammer 23 continues to rotate on its axis until it is released from the peg 24 with which it was engaged. The notch 10, provided to limit movement 23, allows it sufficient movement to release it from the ankles 24.
Once this is done, the pawl 16 jumps over the ratchet 15 and the toothed wheels 18 and 20 have no relative movement. While the hammer 23 is free, the toothed wheel 29, while turning completely around the shaft 11, faster than this shaft, has a rotary movement on the shaft 31.
The toothed wheels 32 and 33, because of their difference in ratio compared to the toothed wheels 29 and 28, and depending on the amplitude of movement of the toothed wheel 33, may or may not have driven the shaft 31 as fast as the wheel 29 spinning on him. This possible movement of the toothed wheel 29 relative to the shaft 31 was made possible by the slot and pin connection 30 between this wheel and said shaft. The toothed wheel 28 then takes control and, due to the resistance of the driven element 13, which at this moment exceeds the force of the control, the toothed wheels 29 and 32 and the shaft 31 rotate as a whole around it. the axis of the shaft 11 and, therefore, the part 22 starts to rotate counterclockwise and faster than the drive.
By rotating faster than the control, the part 22 drives the toothed wheels 29 and 32 around the toothed wheels 28 and 33 and gives some movement to the toothed wheel 33, in the direction of the control. The wheel 33, which is rigidly integral with the
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wheel 25, which is, in turn, rigidly secured to the driven element 13, imparts this movement to the latter.
The above-described mechanism is particularly suitable for use as a transmission in light cars for transporting people. Reverse gears have not been shown, as the vehicle can be reversed by an ordinary hand-operated reverse gear set.
In the operation of the device described above as applied to an automobile, the driver of the car has only to put the clutch in gear to start the latter. This operation rotates the shaft 11 in the opposite direction of clockwise movement in FIG. 3. The shaft 11 drives the ratchet 15 which, by means of the pawl 16, turns the toothed wheel 18 in the same direction. The toothed wheel 18 turns the part 22 on the shaft 11, in the same direction, and, due to the resistance of the wheel 25, which is stationary due to the inertia of the car, the hammer 23 begins to rotate on its axis and transmits this movement to toothed wheel 20, which causes the part to turn faster than the control.
This action continues until the hammer 23 has been released from the pin 24, from the wheel 25, with which it was engaged. Once this is done, the toothed wheel 28 takes control and, due to the resistance, which at this moment exceeds the force of the control, the toothed wheels 29 and 32 as well as the shaft 31 turn, as a whole, around of the shaft 11 which turns the part 22 in the same direction, but faster, than the control. The part 22, by rotating faster than the control, imparts a certain movement to the toothed wheel 33 and, by means of the wheel 25 and the driven element 13, starts the car.
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As the car moves and the resistance decreases, the speed of part 22 decreases and continues to decrease, with a corresponding increase in the rotational speed of the driven element, until the resistance equals the force of the driven element. the control applied to the toothed wheel 33. At this moment, the hammer 23 partially turns to re-engage with the wheel 25, after which the mechanism turns as a whole and the car is driven at high speed.
It will therefore be seen that the construction described provides a transmission which comprises means, automatically controlled by the resistance of the driven element, for actuating the latter at a speed which is substantially directly proportional to the speed of the driving element, or control, and to the force exerted by it and substantially inversely proportional to the resistance of the driven element.
The mechanism shown in fig. 3 preferably receives its order from the end described; but it can be reversed and receive its command from the opposite end.
In this case, part 22, in the low speed state, would rotate in the same direction, but more slowly, than the control for some of the speeds / and would rotate in a lower direction and reverse the control for the rest. speeds would inferior to motionless laughter. From the action of part 22 under these conditions, for one of them it is evident that the mechanism would not return to the high speed state as quickly as if it were actuated, or received its command, in the manner shown, in which case the part 22 has to slow down to come to the high speed state, damping the speed of a rotating mass being easier than to accelerate it.
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In fig. 8, there is shown a modified construction in which a defined low speed can be obtained. The high speed portion of this device is similar to that shown in fig. 3, except for the addition of a toothed wheel 48, which will be described below, and its parts have been designated by the same reference characters. The toothed wheel 48 is idle on the shaft 11 and is interposed between the wheel 25 and the driven element 13, being rigidly integral with each of these parts. The operation of this portion of the device is identical to that described with regard to the high speed mechanism shown in FIG. 3.
The low speed portion of this device is similar to that shown in fig. 3, with the exception of the aforementioned toothed wheel 18, for a defined range of speeds below high speed and up to a speed where resistance has increased to a predetermined point. The parts of this portion of the device have been designated by the same reference characters as the similar parts in FIG. 3. When the resistance to the command has increased to a predetermined value, the command takes place through the following mechanism.
To the shaft 11 is attached, in a place adjacent to the bearing 12, a toothed wheel 40 which meshes with a toothed wheel 41 secured to one end of an intermediate shaft 42 which pivots in fixed bearings 43 and to the other end of which is secured a ratchet 44 (or control coupling, acting only in one direction, equivalent) in which takes a spring-loaded pawl 45 pivoting on a toothed wheel 46 which is itself idle on said shaft and held in place above by a collar, 47, The toothed wheel 46 meshes with the toothed wheel 48 described above. The diameter of the pitch circle
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of the wheel 41 is preferably larger than that of the pitch circle of the wheel 40, with the result that the intermediate shaft 42 is operated at a slower speed than that of the drive.
The operation of the mechanism shown in FIG. 8 can be briefly summarized as follows: When the force of the drive shaft 11 exceeds the resistance of the driven member 13, the drive is done through the high speed portion of the mechanism, in a manner similar to that described in connection with fig. 3. At this time, the toothed wheel 48 will rotate at the same speed and in the same direction as the control. Because the intermediate shaft 42 rotates more slowly than the drive and also because of the ratio of the toothed wheels 48 and 46, the wheel 46 is rotated by the wheel 48 at a speed greater than that which could be possible for it. printed by the control and this wheel 46 turns, therefore, idle on the shaft 42, the pawl 45 jumping on the teeth of the ratchet 44.
When the resistance of the driven member 13 has increased to a point just beyond the force of the drive shaft 11, the high speed portion will be disabled, as has been described in connection with fig. 3, and the control will be done by means of the parts of the low speed portion of the device, which corresponds to the low speed portion shown in FIG. 3. At this time, the toothed wheel 48 will still rotate the wheel 46 at a speed greater than that which could be imparted to it by the control and it will continue to do so until the resistance of the driven element 13 has increased until. 'at a given point, determined by the ratio of the toothed wheels 40 and 41 and the ratio of the toothed wheels 48 and 46.
At this time, due
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of the gear train ratio described above, the wheel 46 will be controlled by the shaft 11, by means of the wheels 40 and 41, the ratchet 44 and the pawl 45, at a speed greater than that which the wheel 48 tends to print him. It can thus be seen that a defined low speed has been reached, the control, at this moment, being effected by means of the shaft 11 of the wheels 40 and 41, of the ratchet 44 and of the pawl 45, of the wheels 46 and 48 and the driven element 13.
The mechanism which has just been described is particularly suitable for use as a transmission on large cars for transporting people and vans.
Fig. 9 shows a transmission in which two sets of mechanisms like that of FIG. 8 are mated together.
For convenience, the set adjacent to the power source has been designated, as a whole, by A while the other set has been designated by B. Similar parts are designated by the same reference characters as in fig. . 8, with the exception of the drive shafts which are designated by 11 and 11 'and the controlled elements which are designated by 13 and 13', for set A and set B, respectively. The controlled element, 13, of the set A is secured to the toothed wheel 40 of the set B to rotate therewith and, therefore, with the shaft 11 '.
The operation of the complete device shown in FIG. 9 can be briefly summarized as follows: When the resistance of the driven element 13 'is less than the force of the drive shaft 11, the control is effected by the high speed portions of sets A and B, the trains of gears of the two sets remaining inactive because the cogwheels 48 rotate the cogwheels 46 at a
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speed greater than that at which the toothed wheels 40 tend to make them turn. This constitutes the state of high speed.
When the resistance of the driven element 13 'increases to a point sufficiently beyond the force of the control, control is effected by the low speed portion of one of the sets and the high speed portion of the set. other game, the gear trains of the two games not working at this time. When the resistance to the drive has increased to a predetermined point, the gear train of the low speed set takes the drive. This state constitutes a defined intermediate speed. If the resistance increases further enough, the game that was running at high speed then operates at low speed, excluding its gear train, and with a further increase in resistance, this set operates through its gear train. 'gears, which results in a set low speed.
It can thus be seen that, with two sets of coupled mechanisms, three defined speeds can be obtained. With three sets, one could get four defined speeds, and so on. The above-described mechanism is particularly suitable for use as a transmission on large trucks, buses and machines where it is necessary to have a certain number of defined speeds.