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Perfectionnements apportés aux installations de moteurs et analogues en vue de neutraliser ou de diminuer les vibrations des parties fixes.
L'invention est relative à un dispositif pour neutraliser ou diminuer les vibrations des parties fixes d'installations de moteurs et analogues, comme par exemple des installations d'énergie, de machines, des navires, etc..
Dans les moteurs à combustion interne par exemple, des vi- brations ou oscillations périodiques se produisent provenant des masses à mouvement alternatif (piston, bielle, crosse etc..).
Les forces d'inertie au moyen des--quelles les masses à mouvement alternatif influencent le bâti ou la base du moteur peuvent être approximativement exprimées par l'équation :
P = A cos v + B cos 2 v . où A et sont des constantes, tandis que v est l'angle de rotation. Dans cette équation le premier terme représente
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des forces de premier ordre, tandis que le second terme repré- sente des forces du second ordre, et comme on le verra ces forces varient suivant une courbe sinusoïdale (courbes de cosinus). Les forces du premier ordre qui oscillent en même temp's que les révolutions du moteur comme il apparait de l'é- quation, sont équilibrées de la manière bien connue au moyen de contre-poids placés sur la manivelle.
Les forces du second ordre qui apparaissent comme oscillant avec une période deux fois plus rapide, ne sont pas équilibrées par de tels contre- poids, mais des mesures particulières doivent être prises en vue de neutraliser ces forces, et ceci est un des objets de l'invention.
Comme autre exemple, on peut citer les vibrations occasionnées par les pressions du guide de la crosse d'un moteur à piston polycylindrique.
Dans un moteur polycylindrique une partie des forces périodi- ques harmonisent avec les pressions du guide et étant d'un or- dre comparativement peu élevé elles s*équilibrent dans beaucoup de cas, tandis que les forces harmoniques d'ordre comparativement élevé ne causeront pas de vibrations de quelque importance, de sorte qu'il sera généralement nécessaire de neutraliser seulement les vibrations causées par les forces harmoniques d'un ordre particulier. Comme exemple peut être mentionné les conditions existantes dans un moteur à combustion interne à six cylindres et à quatre temps ayant un arbre coudé de modèle ordinaire.
Ici les sommes des forces harmoniques des ordres depuis 1/2 - 2 1/2 pour tous les cylindres s'équilibrent entre elles, alors que les forces du 3e ordre s'ajouteront, tandis que les forces d'or- dres plus élevés s'équilibreront entre elles ou seront de pério- de si élevée qu'elles seront sans importance. Par conséquent, dans ce cas seules les forces de troisième ordre produiront des vibra- tions, et ces forces sont des forces périodiques harmoniques variant suivant une simple courbe sinusoïdale.
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Comme troisième exemple on peut mentionner les vibrations apparaissant dans des navires à hélice étant donné que les pressions dans les paliers à l'arrière varient pendant la rotation de l'hélice ou des hélices, la réaction sur les pales de l'hélice dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'hélice ou aux axes variant en valeur et en direction. Aussi dans ce cas les forces en question sont des forces périodiques harmo- nisant avec les composantes variables des réactions du palier produisant les vibrations.
Le dispositif suivant l'invention, qui a-ainsi que décrit plus haut- pour objet de neutraliser ou de diminuer les vi- brations'dont des exemples sont donnés plus haut, est du genre de ceux dans lequel des masses, comme par exemple, des blocs ou analogues, sont disposées en combinaison avec les parties fixes vibrantes de l'installation, lesdites masses étant proportionnées relativement aux dimensions des parties vibrantes et aux vibrations et sont mises en mouvement oscillatoire pour contrecarrer ou annuler les vibrations.
L'invention est caractérisée en ce que les masses constituent un système oscillatoire dont la fréquence naturelle est entière- ment ou approximativement égale à la fréquence des forces harmo- niques produisant les vibrations, et en ce que le mouvement oscillatoire des dites masses est contrôlé de telle manière, par exemple par les parties mobiles de l'installation elle-même au moyen de manivelles,excentriques, cames ou analogues, qu'on est assuré que les masses soient mises en mouvement oscillatoire, dont la fréquence est identique à la fréquence des forces harmo- niq ues produisant les vibrations à neutraliser, et dont la phase la,phase des est entièrement ou approximativement opposée à vibrations.
Préférablement les amplitudes des oscillations données aux dites masses sont alors si grandes que les parties stationnaires vibrantes du moteur sont exposées à des impulsions entièrement ou approximativement de même grandeurque les impulsions produisant
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les vibrations. Les masses sont attachées aux parties fixes vibrantes de l'installation de moteurs par des connexions élastiques.
C'est une mesure pratique que d'employer des moyens d'ajus- tage par lesquels l'amplitude du système de masses oscillant peut être modifiée, ou la phase des oscillations déplacée.
Une mesure adéquate est aussi celle d'insérer un élément élastique dans le dispositif contrôlant le mouvement oscilla- toire du système oscillant.
L'invention est.illustrée au dessin en trois différentes formes de constructions.
Fig. 1 est une élévation latérale d'une forme de construction servant à neutraliser les vibrations résultant des pressions du guide dans un moteur à combustion interne.
Fig 2 en est une élévation frontale,
Fig.3 est une élévation avec coupe d'une forme de construc- tion servant à neutraliser les vibrations produites par les masses alternatives dans un moteur à combustion interne.
Fig. 4 en est une élevât ion latérale., et
Fig. 5 est une élévation latérale, partie en coupe, d'une forme de construction servant à neutraliser dans des navires les vibrations produites par des réactions d'hélices du navire.
Dans les fig. 1 et 2, 1 est le bâti d'un moteur à combustion interne polycylindrique à quatre temps, et 2 est son arbre à ' une poulie où. cames. Au bâti 1 sont fixées des consoles 3 portant/un arbre d'acier 4 de section transversale plane rectangulaire, cet céder à arbre d'acier étant monté pour xxxxxxxxxxx des forces horizonta- les. A l'arbre d'acier 4 est suspendu un bloc 5 lourd en fonte portant un rouleau 0 dans des supports 7 sur la face opposée au bâti. L'arbre à cames 2 porte un disque 8 à trois cames 9 qui agit ensemble avec un rouleau,à cames 10 monté librement dans une fourche à une extrémité d'un levier à deux bras 11, qui est.
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pivoté sur une tige 12 portée par un support 13 fixé au bâti 1.
A sa partie inférieure le levier 11 porte un rouleau 14 comman- dant un levier courbé 15 avec lequel le rouleau 6 est également en contact. Un pivot 16 relie le levier 15 articulé sur ce pivot à une tige de contrôle 17 et bielles 18. La tige 17 est percée à sa partie inférieure et pourvue d'un écrou muni d'un volant
19 à main 21 et est guidée dans un fourreau/monté dans un support 20 fixé au bâti 1. Les bielles 18 sont articulées sur le bâti 1 au moyen de pivots 22.
Le dispositif est monté de telle sorte que l'arbre d'acier 4 qui -ainsi que décrit plus haut- est monté de manière à céder dans une direction horizontale, se trouve sous une petite ten-
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sion initiale maintenant le rouleau 6 comprimé contre le levier pressé jyfl 0 légèrement courbé 15. Celui-ci est ainsi 2i:uV contre le VA, ..4> !.,le± rouleau 14 du levier et par conséquent le rouleau cames pressé l ( llq 10 est maintenu =Xziexxx/contre le disque à cames à sur l'arbre à cames 2.
Le dispositif agit de la façon suivantes
Pendant la marche du moteur les cames du disque à cames 8 passent le rouleau 10 de sorte que chaque révolution de l'arbre à cames 2 donne trois oscillations dans les deux directions au levier 11, et ces oscillations sont transmises par le rouleau 14, le levier 15 et le rouleau 6 au bloc 5, qui est de la sorte mis en mouvement oscillatoire en même temps que l'arbre d'acier 4.
Les cames du disque à cames b sont placées de telle manière que les oscillations trànsmises au bloc 5 ont précisément une phase opposée à celle des impulsions harmoniques effectuées par les pressions du guide et produisant les vibrations à annulera
Si des variations se produisent dans la charge du moteur, il peut être nécessaire de changer les amplitudes des oscillations du bloc 5, la valeur des impulsions des vibrations provenant des pressions de guidage variant .avec la charge du moteur. De telles variations dans les amplitudes du bloc 5 peuvent être obtenues en faisant tourner le yplent à nain 21, ce mouvement
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déplaçant la tige 17 et également le pivot 16 du levier 1b vers le haut ou vers le bas.
L'amplitude des oscillations du bloc 6 .produite par les oscillations du rouleau 6, lesquelles oscillations ont une à savoir amplitude constante, dépend, xxxxxxxxx de la position du pivot 16 relativement aux rouleaux 14 et 6, étant donné que le levier 15 peut être considéré comme un levier du second ordre commandé à une certaine distance de son pivot par un rouleau 14 et trans- mettant cette action à une autre distance du pivot au rouleau 6.
Quand la charge du moteur varie, non seulement les amplitudes des vibrations mais aussi leur phase variera généralement dans un moteur à combustion interne. Dans ce cas la phase des oscilla- tions du bloc 5 peut être mise soit opposée à la phase moyenne des oscillations respectivement'à pleine charge et à charge nulle, ou bien des dispositifs spéciaux peuvent être employés, au moyen desquels la phase de la masse oscillante pour toutes charges peut être ajustée pour être opposée précisément à la phase des vibrations*
De telles modifications de phase-peuvent être faites de plusieurs manières.
Par exemple.des embrayages connus peuvent être employés au moyen desquels les oscillations d'un système sont transmises avec un déplacement de phase à un autre système, ou bien une transmission à chaine peut être employée d'un arbre du moteur à un autre (dans le cas actuel l'arbre à cames 2), cette chaîne étant munie: de galets au moyen desquels l'angle de phase ou le déplacement mutuel des deux arbres peut être modifié. De plus, un déplacement de phase peut être obtenu par quelque dispositif d'ajustage au moyen duquel (le disque à cames 8 peut être déplace relativement à l'arbre à cames.
Afin d'éviter une charge trop forte des diverses parties du système par lesquelles le mouvement oscillatoire est transmis au syatème oscillatoire' 4, 5, au démarrage ou à l'arrêt, un élé- ment élastique y est insère de préférence. Par exemple, dans
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la construction spécifique montrée, les bielles 18 peuvent être élastiques
Dans le mode de construction montré dans les figures 3 et 4,
24 est une partie du bâti et'25 est l'arbre principal du moteur.
26 est un disque à cames monté de manière à pouvoir tourner, sur une cheville fixe 27 dans le bâti et mis en mouvement de l'arbre 25 par une chaîne 28. Le disque à cames 26 présente quatre cames et engage un rouleau à cames 29 monté à pivot sur une cheville 30 dans une fourche à l'une des extrémités d'un levier à deux bras 31, dont le pivot fixe 32 est monté dans le bâti 24. L'autre extrémité du levier 31 est reliée par une bielle 'élastique 33 à un bloc lourd 34,, qui repose sur deux forts res- sorts hélicoïdaux 35, fig. 4, dont les extrémités inférieures sont reliées par des guides à ressort 36 à une plaque de base 38 boulonnée aux fondations 37 du moteur. Les ressorts 35 sont placés dans des cavités 39 dans le bloc 34 et y sont reliés à leurs parties supérieures par des guides à ressort 40.
Le bloc 34 est guidé par des rouleaux 41, fig. 4, s'étendant des deux côtés de guides 43, qui forment des parties verticales de la plaque de base 38.
Le dispositif agit comme suit:
Pendant la marche du moteur le disque à cames 26 reçoit son mouvement de l'arbre moteur 25 par la chaîne 28, ce qui donne au levier 31 quatre oscillations dans les deux directions à cha- que révolution du disque à cames, le rouleau µ. cames 29 passant sur les cames du disque 26. Les oscillations du levier 31 sont transmises par la bielle 33 au bloc 34 qui doit ainsi osciller verticalement, guidé pendant son mouvement par les rouleaux 41 et guides 42. Le déplacement mutuel du disque à cames 26 et de l'arbre 25 est ajusté de telle manière que les oscillations du bloc 34 aient précisément la même fréquence que les impulsions harmo- niques dues aux impulsions d'inertie qui produisent les vibrations
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du bâti du moteur, base et autres parties fixes.
L'amplitude des oscillations du bloc 34 est de plus réglée de telle manière que les impulsions dues au,système oscillatoire sont non seu- lement dirigées en opposition aux impulsions'.produisant les vibrations mais sont également égales en intensité à ces vi- brations, ce qui fait cesser les vibrations.
Par ce mode de construction, de même que pour le mode de construction suivant les fig. l'et 2, le système oscillatoire (bloc 34 et ressorts 35) e!st ajusté de telle manière que la fréquence naturelle du système est égale à la fréquence des vibrations, et de cette manière il est possible de contrôler le mouvement du système oscillatoire avec un minimum d'énergie.
Une charge trop forte du dispositif au démarrage est empêchée d'une manière semblable à celle décrite en se rapportant aux figures 1 et 2, en insérant un élément élastique:, dans ce cas la bielle élastique 33.
Suivant la figure 5, 43 est l'arbre de l'hélice d'un bateau, 44 est une chaîne actionnant de l'arbre de l'hélice, un arbre 45 monté dans des tourillons 46. L'arbre 45 est muni d'une ma- nivelle entourée par la tête 47 d'une bielle 48. De préférence, cette'dernière est rendue élastique d'une manière semblable à celle des bielles 18 et 33 dans les modes de construction dé- reliée crits ci-dessus. L'autre tête 49 de la bielle est xxxxxx par une cheville 50 à un coussinet 51 formé dans un bloc en fonte 52. suspendu par des bandes 'en acier plat 53 ou analogues dans' des consoles-fixes 54. Le bloc 52 est guidé par des surfaces de guidage 55 parallèles et planées, formées sur des rails fixesb6.
Ce mode de suspension et de guidage du bloc 52 permet de lui donner un léger mouvement alternatif. 58. sont des res- sorts hélicoïdaux lourds, au nombre de quatre, placés dans des cavités 57 dans le bloc 52 et s'appuyant par leurs extré- mités contre le fond des cavités 57 et contre des guides ou consoles fixes, à ressort 59, 60. Des tampons à ressort 61,62
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limitent le mouvement oscillatoire du bloc b2 en haut et en bas de longs boulons 63 passant à travers des cavités du bloc
52. Comme il apparait du dessin, le bloc b2 est incliné, et' cette inclinaison est déterminée suivant les réactions résul- tantes du support de poupe du bateau dues à la pression de l'eau contre l'hélice.
Le rapportdes engrenages pour la chaîne 44 entre l'arbre de l'hélice 43 et l'arbre 45 et le déplacement mutuel de ces arbres sont ajustés de telle manière que les oscillations alternatives données au bloc b2 pendant la rotation de l'hélice ont exactement la même fréquence que les réactions produites par la pression de l'hélice 'cobtre l'eau, mais lui sont directe- ment opposées.
En plus des soins pris pour que les oscillations du bloc b2 aient la même fréquence que les vibrations du bateau et une phase opposée, et que la fréquence naturelle du système oscilla- toire soit en conformité avec la dite fréquence, je règle de préférence l'amplitude des 'oscillations de manière telle que les impulsions vibratoires sur le bateau qui sont ainsi obtenues soient égales aux impulsions vibratoires qui doivent être neu- tralisées.
L'invention n'est pas limitée aux modes de construction illustrés et décrits dans la spécification, et qui ne sont donnés qu'à titre d'exemple.
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