Gain d'énergie par simple engrenage astucieux?

Bonjour tout le monde!

J'ai longuement parcouru ce forum ces derniers temps, je m'inscris aujourd'hui pour partager avec vous une réflexion qui me titille depuis quelques jours, sur laquelle j'ai besoin de l'expertise des gens de ce forum...

Imaginez l'engrenage le plus simple du monde, 2 roues, une grande et une petite. Nous sommes habitués à calculer un "rapport de démultiplication", opération consistant en un rapport entre le nombre de dents sur les roues. De cette manière, si l'on augmente le couple on diminue forcément la vitesse.

Question: l'augmentation du couple sur un arbre est elle une conséquence connue de la diminution de la vitesse de rotation dudit arbre?
Réponse: bien évidemment non, l'augmentation du couple ne peut se faire qu'en augmentant la longueur du bras de levier (taille de la roue), ou bien la force entraînant ladite roue. (de mémoire scolaire, Moment=Force x Bras de levier, exact?)

Autrement dit, l'opération mathématique connu sous le nom de "rapport de démultiplication" est pertinente, mais seulement dans le cas ou nous avons une liaison "sans glissement" entre les deux roues (toutes les méthodes traditionnelles, chaines, engrenages, courroies)

Autrement dit, et selon toute logique, si l'on est capable de créer un entrainement spécial, capable d’entraîner nos deux roues par leur périphérie (bras de levier oblige), tout en forçant la grande roue à tourner à la même vitesse que la petite roue, nous devrions récupérer tout autant de gain de couple que dans un engrenage classique, mais sans la perte de vitesse!

Vous m'avez suivi?

Comment faire?

La première chose qui m'est venue à l'esprit est la conception d'une chaine à géométrie variable.

Dans mes recherches, je suis tombé sur ce qui me semble être le summum de la chaîne à géométrie variable pour notre application, clamée sur-unitaire (147%) par son inventeur  Jerzy Zbikowski (brevet US 7780559) :





Je ne sais pas vous, mais moi ce design me semble éminemment évident et fonctionnel!



Edit: j'ai supprimé le schéma avec la tige filetée, ayant constaté l'inefficacité du dispositif (voir plus bas)



Voilà, j’espère avoir été assez clair pour être compris!

J'attends avec impatience vos réactions, la simplicité de ce système est telle que j'ai du mal à y croire! Mais j'ai beau chercher, je ne trouve pas d'erreur dans le raisonnement... Cela m'arrangerais presque que vous en trouviez une, je serais relativement dégoûté d'être passé à côté d'un système aussi simple si longtemps!

Hello Jumab  

Concept interessant !!
Où se trouve l'énergie d'entrée et l'énergie de sortie récupérée, dans ton second croquis ?
(Je suppose que c'est la vis sans fin qui tourne et entraine les deux roues)
Merci

Hello Amateur!

Energie d'entrée sur la petite roue, sortie sur la grande, la vis sans fin joue le rôle de la chaine de transmission à géométrie variable de l'exemple précédent, permettant ainsi à la grande roue de faire un tour complet en synchronisme avec la petite (d'où augmentation de la puissance par le bras de levier, sans perte de vitesse de rotation ==> free energy! erreur ou pas?)

Merci

Merci pour la réponse Jumab

Mais le petit engrenage ne peut entrainer la vis sans fin, ses dents vont casser..
Avec une vis sans fin , ça marche que dans le sens "c'est la vis sans fin qui entraine les engrenages et pas l'inverse", il me semble
Par contre dans le premier croquis, de Jerzy, où se trouve l'energie entrante et l'énergie sortante ?
Merci

Alors le problème des dents qui cassent n'existe pas, oublie l'engrenage basique, il aura une forme hélicoïdale pour pouvoir permettre un glissement tout pec'!
Quand à celui de Jerzy, facile, énergie d'entrée sur la roue à l'intérieur de la chaîne, qui a 11 dents, tout comme la grande, 11 dents plus grosse (le pas change), sur laquelle on récupère la puissance. (11 d'un côté, 11 de l'autre, on tourne à la même vitesse, alors qu'on entraîne une roue plus grande!)
Au passage, en variant le diamètre de la plus petite des roues (lisse), tu fais varier le pas développé à l'extérieur de la chaîne, de quoi laisser imaginer un tas de montages...

Bonsoir,

Je suis pas mecanicien, et là des conseils de pro serai utiles.

Quelle roue est entrainée par un moteur ?
La poulie numero 3 n'a pas de dents sur le plan au fait.


Ton deuziéme schéma, j'ai le méme principe sur ma scie a bois a courroie en cuir, sa aussi c'est de la geométrie variable car élastique,

 si j'applique ta theorie sa va me casser la courroie a moins de dégager la tension suplémentaire au travers d'un genre differenciel comme sur les voitures.





Bon courage 

Oui, interessant, j'ai du mal à imaginer la vis sans fin et engrenage helicoidaux, mais j'te crois !!
En mécanique la puissance transmise est P=C*W, avec C le couple en N*m et W la vitesse angulaire de rotation en radians/sec
C'est à dire que si on conserve la même vitesse qu'en entrée, avec un couple plus élevé en sortie, alors, on gagne en énergie..
Est ce la cas dans ce concept ?

Salut peterpan57,

Sur le premier schéma, c'est la plus petite des roue crantées qui est motorisée (du moins si on veut augmenter la puissance, et pas l'inverse! ^^)
La roue sans dent c'est normal, elles ne sont pas nécessaires ici!

Quand au deuxième schéma, j'ai du mal à imaginer comment une courroie pourrait avoir le même effet... quand je parle de géométrie variable, c'est le filetage sur ma tige qui n'est pas du tout le même suivant qu'il entraîne la petite roue ou la grande (très mal représenté sur le dessin, je te l'accorde!)

Mais pour résumer, le problème est très simple: si tu peux entraîner une grande roue avec une petite roue motorisée, tout en faisant en sorte que les 2 roues tournent à la même vitesse, la puissance récupérée sur la roue de sortie sera plus grande que celle injectée en entrée.

Si quelqu'un peut contredire efficacement cette affirmation péremptoire qu'il le fasse, le seul doute que j'ai se situe ici, sinon les deux modèles présentés permettent sans aucun problème de remplir les conditions de l'affirmation (à moins qu'une très grosse erreur ne m'ai échappé, mais il ne me semble vraiment pas...)
Après si tu as un montage qui rempli les conditions avec une simple courroie, je suis preneur! ^^

Les vitesses d'entrée et de sortie seront sans doute les mêmes, mais les couples transmis seront ils les mêmes ?
Puissance mécanique=C*W 
Energie mécanique= C*W*temps

Il faut les deux en même temps..
vitesses indentiques en entrée et sortie, et couple plus grand en sortie qu'en entrée.
Est ce vraiment le cas ? (sur un bras de levier, plus on s'éloigne du point d'appui et plus la force à appliquer est petite, pour soulever la charge)
Les maillons de la chaine de Jerzy n'augmentent ils pas le bras de levier, donc ne diminuent ils pas la force appliquée aux dents du plus grand engrenage (celui du bas) ?

J'ai un peu de mal à relier ta formule à celle que je connais, qui consiste à calculer le couple (N.m) en fonction d'une force (N) et d'une distance (m). (C=F*D)
Quelle est l'unité de P dans ta formule? Si c'est des Newtons je comprends le truc et je vais pouvoir faire une application numérique, sinon j'ai un peu de mal à faire la liaison des deux formules!

Il y a effectivement un calcul non négligeable quand à la perte dans la chaine, mais ils deviennent négligeables si on imagine le même système avec une roue de sortie 2 fois plus grosse! (l'oeil suffit, pas besoin de calculette!)

J'ai un peu de mal à relier ta formule à celle que je connais, qui consiste à calculer le couple (N.m) en fonction d'une force (N) et d'une distance (m). (C=F*D)
Quelle est l'unité de P dans ta formule? Si c'est des Newtons je comprends le truc et je vais pouvoir faire une application numérique, sinon j'ai un peu de mal à faire la liaison des deux formules!

P est exprimée en watts

http://si.lycee-desfontaines.eu/spip.php?article33

voir le paragraphe: 2-5 : Puissance et couple  (couple moteur)

Il me semble qu'un tour = 2*pi radians

Merci, jrepars en cours un moment, jreviens vous voir quand j'ai fini mes devoirs!

Merci, jrepars en cours un moment, jreviens vous voir quand j'ai fini mes devoirs!

ok pas de Pb, on va faire dodo pendant ce temps.
Pour la puissance mécanique transmise (donc l'énergie), il faut les deux, le couple ET la vitesse..
Dans ce concept il faut vérifier que les deux sont compatibles avec une surunité éventuelle . (energie fournie < énergie récupérée)
C'est à dire qu'il faut vérifier si la force appliquée sur les dents de la roue du bas (entrainée) est compatible avec un couple plus grand que celui de la roue motrice du haut du schema de Jerzy le Polska !!

bin alors seule solution pour savoir c'est de tester, mais moi je pourrai pas, j'ai pas le matos pour élaborer tous sa.

Je retourne le concept dans tous les sens, pour le moment je ne parviens pas à voir l'astuce que tu veux nous montrer.
pour moi nous sommes dans un rapport de démultiplication basique de mécanique de transmission.
second point pratique et non théorique les vis sans fin sont difficilement réversibles.

Si on reprends le système à chaine, pareil le rapport de démultiplication est lié à la distance entre l'axe de rotation et le point d’appui.
quelques soit la géométrie exploitée cela se rapporte toujours à des rapport de bras de levier.

Bon, comme promis je me suis arraché les cheveux un petit moment à recomprendre les diverses formules, et voici ce que j'ai pu calculer:

hypothèse: petite roue 1m, grande roue 3m
Vitesse de rotation: 1rad/s (pour les deux!)
Résultat espéré: triplage pur et simple de la puissance d'entrée
Négligé: force centrifuge et frottements

Couple petite roue pour F=1N-> C=F*r=1*0.5m=0.5N.m
Puissance en watts pour w=1rad/s -> P=C*w=0.5N.m*1rad/s=0.5W

==>puissance transmise à la grande roue: 0.5W

-conversion vitesse rotation en vitesse linéaire:
périmètre petie roue= 2πr=2*π*0.5=π=3.14
vitesse petite roue= 1rad/s=57.3°/s -> 1tour complet en 6.28s 
->v(m/s)=périmètre/6.28=π/6.28=0.5m/s

P=F*v -> F=P/v=0.5W/0.5m/s=1N

Couple grande roue C=F*r=1N*1.5m=1.5N.m --> 3 fois plus grand, comme attendu!
Puissance en watts pour w=1rad/s -> P=C*w=1.5N.m*1rad/s=1.5W --> 3 fois plus grand, comme attendu!

===> on a bien triplage de la puissance d'entrée, à condition que les vitesses de rotation soient identiques, ce qui est l'objet du présent post.

Conclusion: comme je le disais au début, plus je m’intéresse à la chose et moins je trouve d'erreur!
Si quelqu'un pouvait valider mes calculs, j'en serais fort aise!

D'ici une ou deux semaines j'aurais les pièces pour réparer mon imprimante 3d et faire un proto, si quelqu'un est équipée en imprimante et veut tester ça avant, qu'il me fasse signe, il va falloir que je le modélise de toute manière!

Bonne nuit les amis!

Très juste Quartz, le rapport de démultiplication est TOUJOURS

*TOUJOURS lié à la DISTANCE entre l'axe de rotation et le point d'appui (et non le nombre de dents)
seulement dans un engrenage classique, la grande roue tournera toujours plus doucement que la petite, ce qui explique de facto le rendement inférieur à 1.
Maintenant fait tourner la chaîne dans ta tête, et vois comme les 2 roues de taille différentes tournent à la même vitesse... As-tu déjà vu un engrenage faire ça toi?

Quand à la vis non réversible, ma foi, si l'on a un dispositif surunitaire non réversible... ^^ On s'en contentera va!

PS: il y a tout de même une ligne qui me fais douter dans mon calcul, c'est celle là:
P=F*v -> F=P/v=0.5W/0.5m/s=1N
Si quelqu'un est à même d'expertiser la chose...

Jumab

Au lieu de choisir une tige filetée ou une vis sans fin (mécaniquement irréversible sauf à choisir une inclinaison d’hélice inférieur à 10°, mais de facto, incompatible avec l'une de tes couronnes dentées )

Tu aurais pu imaginer plutôt une crémaillère droite "infinie".... Cependant même dans cet configuration ton système aboutira à un blocage...
Finalement tu as ré-inventé le blocage, comme dans les différentiels bloqueurs type "Torsen" !

Bonjour à tous,

je suis d'accord avec ce que dit Geometric à savoir que la vis sans fin ne peux en aucun cas transmettre le mouvement, elle doit être couplée au moteur et sert à faire tourner un engrenage, l'inverse n'est pas possible.

Cordialement.


G.

On est proche du n'importe quoi, mais rien ne t’empêche d'essayer
tu peux faire tourner un disque à plus de 100 000 / rpm, avec un moteur ne dépassant pas les 1000 rpm en entrée, avec un peu de travail et en mal de proto, tu auras en sortie un couple de moustique, (mâle et femelle) inutilisable en dehors de faire du vent....

Bon vent  courage !!
A++

Salut Geometric,

Je ne sais pas si c'est ton pseudo, mais je viens de faire une énorme remise en cause de ma tige filetée... Et Quartz avait raison de n'y voir qu'un simple rapport de transmission avec démultiplication habituelle, parce que c'est le cas! Il semblerait que j'ai perdu de vue la transmission de force au sein d'une tige filetée, m'étant un peu laissé impressionner par des tiges à 8 filetages et pas de 3cm dernièrement...

Toutes mes excuses! La tige filetée, on oublie!

En revanche,

Il me semble avoir compris pouvoir faire la chose avec une crémaillère infinie dans un premier temps, à vrai dire ma réflexion a été "crémaillère infinie"->"géométrie variable"->"chaîne"->découvert le système du polonais.
Pourquoi ta crémaillère infinie bloquerait? On transmet, avec une petite roue, une force en N à une crémaillère, qui la retransmet tel quel à une roue avec un bras de levier plus important non?

Petit exercice de géométrie:

Imagines une taille d'engrenage par développante de cercle, classique.
Géométriquement tu prends 2 cercles l'un contre l'autre, l'un a un périmètre deux fois plus grand que le premier. Toute l'astuce géométrique reviendrait à diviser la circonférence du grand cercle par 2 (donc multiplier par 2 la vitesse de rotation de ladite roue), tout en gardant un engrènement à l'extérieur du bousin!
Donc tu prends tes petits ciseaux, et tu coupes des petits bouts de ta grande circonférence, et je crois que c'est précisément ce que fait le montage de Jerzy!

Un petit schéma tout moche pour illustrer:


En fait il divise la grande circonférence en plein de petites portions égales sur lesquelles il va venir exercer la force, inchangée, sur la grande roue.
La grande roue, elle, rien ne change comparé à un engrenage classique: elle reçoit une quantité lambda de force, que multiplie le bras de levier de rayon r, seulement elle peut tourner plus vite que dans un simple engrenage!

Cela s'explique finalement très facilement, par la division de la circonférence de la grande roue!
Autrement dit, les hommes ont toujours été très fier de créer des engrenages sans glissement, là on crée un engrenage glissant! (et glissant à un moment ou la force n'est pas nécessaire à la transmission de couple!)
Parade obtenue grâce à la géométrie variable, qui modifie son pas avant et après engrènement de la grande roue.

J’espère être compréhensible!
Me tromperais-je?
Cela semble pourtant si géométrique...

@Grizzly, je crois avoir répondu un peu plus haut à la chose, regardes du côté des engrenages gauches, tu verra que l'on peut faire ce genre de chose (le pignon ne ressemble plus beaucoup à un pignon, je te l'accorde, plus à une roue avec un demi filetage sur tout le tour, d'ailleurs j'ai en ce moment même dans mes mains deux tiges filetées qui s'engrènent l'une l'autre à 90° à merveille, et la géométrie est strictement la même dans les deux sens de rotation!)

Cependant, comme énoncé dans mon message précédent, je me suis abusé tout seul avec mon histoire de tige filetée, ne vous embêtez pas à essayer de comprendre, c'est naze! Mais je maintiens la pertinence du système à chaîne variable!

@thx4, et bien mon ami, tu es bien agressif!
Mais tant qu'a faire, si tu veux envoyer promener les gens, bosse un peu ton sujet avant, cela t'évitera de passer pour un idiot!
Tu as en effet émis 3 objections infondées:
1- La vitesse sur les 2 roues sera forcément différente: quelle idiotie, vraiment, j'ai créé le sujet précisément parce que le système dont on parle semble permettre l'exploit de faire tourner les deux roues de tailles différentes à la même vitesse, si tu as des arguments qui prouvent le contraire, je les attends avec plaisir, j'ai créé le topic pour ça
2-triplage de la puissance d'entrée, j'entends bien évidement récupérer le triple de la puissance d'entrée en sortie, simple histoire de sémantique, tu serais pas un peu maniaque? ^^
3- frottement et centrifuge négligé: as-tu l'habitude de prendre en compte les frottements quand tu calcule le ratio de démultiplication d'une chaine de vélo? Je parles d'un triplage de puissance, en quoi les frottements pourraient bien y changer quelque chose? Avec une très mauvaise ingénierie tu passera ton rendement de 300% à 280%?
Quand à la centrifuge, elle ne peut avoir de réel impact à haute vitesse, cependant un module surunitaire en état quasi-statique me suffit, je ne cherches pas à faire une F1 surunitaire!


En toute amitié,
jumab

Ta formule me parait cohérente  
Et l'expérience est reine.. Donc va falloir expérimenter !
Un Polska c'est fantasque certes mais ça se trompe rarement, je suis moi même d'origine polska
Sacré Jerzy (Jerzy = George)

Bonjour, le premier schéma est explicite, effectivement si on regarde bien il y a fort à parier que les deux roues tourneront à la même vitesse, mais je suis presque sûr que le couple nécessaire a faire tourner le petit pignon sera d'autant plus important que les leviers de la chaine à géométrie variable lui en imposeront au niveau de la grande roue.


Ici tu as simplement une chaîne spéciale qui transmet la force de l'intérieur ver l'extérieur mais ceci en faisant levier sur les arrêtes extérieur de la chaîne, et là le mot est lâché "levier" autrement dit à coup sûr le rendement sera celui d'un calcul  p=f*d  et donc là rien de particulier pour moi.

Effectivement, je sens bien ce petit quelque chose à cet endroit (entre la chaine et la grande roue), seulement j'ai l'impression que ces petits poutièmes ne seraient pas vraiment augmenté si l'on augmente franchement la taille de la grande roue, donc...

Je crois que je vais écouter Amateur, l'expérience est reine!

D'ici une à deux semaines j'aurais remis mon imprimante 3d sur pied, je ferais une maquette

Je vous tiendrais au courant, en attendant si quelqu'un se sent de taille à calculer complètement les forces en jeu dans le mobile, qu'il soit le bienvenu!
Pour ma part la réplication physique sera plus à ma portée! ^^

Oui, c'est vraiment pas sûr, que ça marche en effet
enfin, si on accumule les pertes,
avec des chaînes, c'est pas gagnant, gagnant...
au bas mot, j'ai l'impression qu'on cumule plus les pertes que les gains,
c'est au moins 20 ou 30% de pertes mécaniques avec les chaînes.