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Marteau à ressorte
On connaît déjà plusieurs constructions de mar- teaux à ressorte, actionnée par une manivelle ou par des organes analogues et dans lesquels les ressorts relient en permanence le piston de frappe à l'organe de commande.
Deux ressorts sont, par exemple, disposés de part et d'autre d'un collet ou épaulement du piston.
En général, ces marteaux ont été utilisés jusqu'ici comme machines fixes, telles que: marteaux de forge, machines perforatrices, riveuses, pilonneure d'électrodes eto..,
On a aussi essayé de réaliser des marteaux à main pour exécuter des travaux de rivetage, de cisaillement etc... d'après le marne principe, en remplaçant les mar- teaux pneumatiques. Mais ces essais ont échoué jusquioi, paroe que les vibrations engendrées au moment de la frap- pe étaient trop grandes, de telle sorte que certaine or- ganes importants, ressorte manivelles, roues dentées, par exemple,, se cassaient après un très oourt service.
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Par ailleurs, la main de l'ouvrier pouvait encore moins supporter les réactions on ohoos en retour, Naturellement, on a cherché à diminuer ou à éliminer les phénomènes vi- bratoires. Les moyens mis en oeuvre dans ce but ont été notamment: essais méthodiques par variation de la constan- te des ressorts, disposition de ressorts tampons, réglage de la tension initiale des ressorts, utilisation de ressorts de constances différentes en avant et en arrière du piston de frappe, interposition d'un organe élastique entre les organes de commande et le système élastique ect... Mais ces moyens nont pas permis dériver à des résultats sa- tisfaisatns.
Il a même été démontré qu'il n'est pas possi- ble par ces moyens d'éliminer tout choc en retour sur le oorpe du marteau pour de grandes intensités de frappe (jusque plusieu@s kilogrammètres par frappe individuelle) même avec des poids de marteau très faibles.
On sait que les réactions ou chocs en retour qui agissent sur le corps du marteau ont deux causes différen- tes. D'une part, les mouvements des masses du piston de frappe et des organes de commande provoquent un mouvement vibratoire du oorps, On peut convenablement réduire ces vibrations en diminuant autant que possible le poids des masses oscillantes du système élastique et des organes de commande, en équilibrant l'arbre-manivelle, etc...
D'autre part, et ceci est plus important, dans les dispositifs jusqu'ici en usage, le système élastique a une certaine tension au moment de la frappe et oest cette tension qui occasionne de violentes réactions ou chocs en retour,
En dehors de ces phénomènes, qui se sont opposés jusqu'ici à remploi des marteaux à ressorts comme outils portatifs, il convient de signaler , que, dans ces marteaux à ressorts,
il faut que toute l'énergie cinétique que le A -
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piston de frappe doit tradtorm8r en travail de frappe soit transmise des organes de commande au piston de frap- pe par les ressorts pendant les intervalles de temps oom- prie entre Ion coups successifs. Alors que la transmis-
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sion de énergie au piston de frappe se fait relativement lentement, le piston de frappe doit brusquement libérer cette énergie au moment de la percussion. La vitesse du piston doit donc passer brusquement d'une valeur donnée à zéro ou à une faible valeur.
La destruction brusque de toute l'énergie cinétique du piston de frappe produit dans toutes les parties de ce piston des tensions extrêmement
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élevées. Dane le cas de grandes quantités d'Mrgie oiné- tique, comme c'est le cas pour de gros travaux de rivetage et dela3$aillemeat, les forces misée en oeuvre sont telles quil y a danger de destruction du piston de frappe, si celui-ci n'est pas constitué en une seule pièce, comme
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oteet le cas, par exemple, pour les marteaux frappeurs or- dinairea. atout pour cette raison d'ailleurs que, dans les marteaux pneumatiques, le piston de frappe est le souci constant du constructeur et de l'usager,
Cependant.
l'exigence d'une résistance mécanique de toutes les parties du piston de frappe est difficile. ment compatible avec ion autres desiderata d'ordre oons- truotif auxquels doit satisfaire le marteau à ressorts,
En particulier, le piston de frappe doit être par-
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faitement guidé en direction longitudinale; dans et but, on était amené à réaliser un piston aussi long que posai- ble afin de pouvoir le guider dans les deux extrémités du
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carter, On a donc été conduit à donner au piston de frappe pe une forme compliquée, un poids élevé et à le constituer
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en plusieurs parties, ce qui diminue fortement sa rdaietane ce et rend très difficile le changement du piston de frappe.
Or, le remplacement très .tao11. en service du
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piston de frappe et des ressorts est une condition très importante,,
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Dh autre eleeiderata ee% d'avoir un piston ayant un poids propre aussi petit que possible, l'énergie ci. n'tique nécessaire devant atre obtenue par accroissement de la vitesse.
Enfin, le piston de frappe doit obturer le mieux possible l'ouverture pratiquée dans le carter pour
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lintroduotion de la queue de l'outil de oiaaillement, de rivetage ou autre , afin d t évi te r l'entrée de la boue et des oorps étrangers par cette ouverture.
La présente invention a pour objet un marteau à
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ressorts répondant aux exigences expoeéee ai-deseua.
Ce marteau est remarquable, notamment, en ce que le système cinématique et le système élastique (o'89t-àm dire la course et la fréquence du mouvement de lorgane de commande,, la masse et la constante des organes élan-
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tiqueul ainai que la course de frappe du piston de trappe sont déterminée en fonotion d'une donnée expérimentale, appelée ci-aprèn "coefficient de rebonclieuementt. de tel- le manière que le système élastique soit toujours "détenu du" au moment de la frappe.
Si le marteau comporte plusieurs ressorts agissant en sens inverse sur le piston, on entend par "détente" du système élastique l'état du système élastique lorsque le piéton de frappe occupe une position pour laquelle les
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pressions des ressorts f3ldquilibrent, de aorte que le pie- ton de frappe n'exerce aucune réaction sur la commande La réalisation de cette condition peut facilement être aontr81éo par un examen stroboscopique. par photogra- phie instantanée, par des osoilligramml.. 4too,e
Lorsque cette condition est remplie, la théorie et Inexpérience montrent que loti violente chocs en retour se trouvent supprimée.
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Suivant une autre caractéristiques de l'invention,, le piston de frappe comporte un collet sur lequel s'ap- puient les ressorts, et un corps cylindrique guidé par des portées de surface réduite dans une douille de guida- ge et de protection, ledit collet étant percé de troua longitudinaux et ladite douille étant fendue longitudi- nalement de telle sorte que les languettes ainsi formées traversent avec jeu les trous du collet,
D'autres caractéristiques de l'invention résulte- ront de la description qui va suivre.
Aux dessine annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un mar- teau selon l'invention; la figure 2 est une coupe partielle montrant le dispositif de guidage du piston; la figure 3 est une vue en élévation du piston; la figure 4 est une vue en plan; la figure 5 est un diagramme de la course de la manivelle; la figure 6 est un diagramme de la course du pis- ton de frappe ;
la figure 7 est un diagramme de la vitesse de ce piaton,
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux figu- res 1 à 4, l'appareil comporte un carter 10, dans lequel peut tourner un arbre 1, entraîné à une vitesse convena- ble par des engrenages quelconques S et 3,à partir d'un arbre 4, qui reçoit son mouvement de l'extérieur d'une manière quelconque (par flexible par exemple). Sur l'ar- bre 1.
est clavetée une manivelle 5 qui, par l'intermé- diaire d'une bielle 6, communique à un coulisseau 7 un mouvement alternatif longitudinal dans la partie anté- rieure 8 du corps du marteau,, entre des surfaces de gui-
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doge 9, La partie antérieure 8 est reliée au carter 10, par exemple par des crocheta 11, en vue de permettre le démontage faoile.
La partie antérieure cylindrique 8 du oarter est recourbée en 12 vers l'intérieur, de manière à former une douille de guidage 13, qui passe à travers un trou
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14 d'un couvercle 15 porté par le couliaaeau 7. à lintériear du coulisseau 7 sont logée deux ressorts 18 et 19, placée de part et d'autre du collet ou épaulement 80 (figures 1, 3 et 4) du piéton de frappe 81, en une seule pièce, comme on le voit aux figurée 3 et 4, le collet du piston de frappe comporte quatre troue 22, répartie régulièrement sur une marne circonférence et
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.'parés par des parties médiales 230
La douille 13 est prolongée par quatre languettes longitudinales 24 qui passent à travers les trous 22.
La longueur des languettes 24 est telle que le piston de
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frappe 21 peut exécuter dans le tube 13 sa course entiè- re, sans que les parties radiales 23 du collet 80 du pis- ton puissent venir rencontrer les extrémités 25 des ten-
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tes 26 qui séparant les languettes 24 (figure z1 lors de lavanoe et sans que le piston de frappe 81 puisse qui%- ter le tube 13 lors du recula
Deux nervures 89 sont ménagées sur la tige du pis- ton de frappe 81, de manière à réduire au minimum le fret*
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tement de ce piston dans la douille 13, Ces n4rvw4o emo pèchent le collet. 20 du piston àe toucher la surface in- térieure du ooulîeo4au 7 et les languettes 24 de frotter contre les parois des trous 28 du collet 80, Ces nerva.
ras de guidage 89 empêchent aussi centrée de la boue à l'int4rieur du marteau.
Les extrémités des ressorts 18 et 19, qui s'ap- paient respectivement sur les deux faces du collet 20 du n -
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piston de frappe 21, limitent le mouvement du piston de frappe dane lea deux sens et règlent la frappe du pis- ton sur la queue de l'outil 27 ou du oiaeau 28, montés de façon interchangeable dans la douille 13.
¯Les oscillations du piston de frappe 21, lors de
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la marche à vide (o?eat-â.dire loraquauoun outil n'est introduit dans la douille 13) qu'il s'agisse du marteau
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à ressorte décrit ci-desous ou de marteaux similaire$, sont dètermindea uniquement par les constantes du 8YBtè- me élastique et de la commande, à savoir:
1 - le rayon de la manivelle 5 .................. r 2 - le nombre de tours de la manivelle 5 par seconde ,, u
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3 - la vit4set angulaire de la manivelle 5 de commande ................................... zut 40m la fréquence propre d'oscillation du Byetème élastique 18-19 ou analogue ,............... ul 50- la vitesse angulaire de ce altatème élastique (grandeur abstraite choisie pour faoilite r les calcula) .............................,. aftUl < 68. la constante élastique du syntèté élastique (déterminée d'après les constantes des res-
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sorts Individuels 18-19) 000*06 LUX 7 . la masse efficace du système dt6aoillation (aoet-à-dir!, la masse intervenant dans les oncillational .............................. m 8 - le frottement du système élastique.
Toutes ces grandeurs sont facilement mesurées ou calculées. En particulier on sait que # = #K/m
Alors que dans la marche à vide , les oscillations
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ne dépendent que des facteurs ci-deeaus, l'allure des oscillations est entièrement modifiée dès que les osoil- latione du piston 21 sont interrompues- par une frappe.
Il faut donc, pendant le travail de frappe, tenir compte des nouveaux facteurs suivante:
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goo la course de frappe, oest à-dire la distance (qui doit être déterminée par la construction) entre la surface 30 de la queue de l' outil sur laquelle il faut frapper et le centre d'oscil- lation de l'extrémité du piston de frappe 21 lors de la marche à vide xa 10 - la vitesse du piston à la fin de la courue de
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frappe ..............................* .*** V4
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11 - la 'Vitesse initiale que prend le piston de frappe au moment où. il quitte la queue de l'outil après le choc ................. va
Les grandeurs ve et va déterminent l'énergie ci- nétique L absorbée à chaque ohoo diaprés l'équation:
L=m/@ (ve2-va2) l=m/2 (ve2- Va ).
Du fait de cette absorption d'énergie, la valeur absolue de va est toujours intérieure à celle de ve. De plue, la vitesse va est toujours négative, c'est-à-dire qu'elle a une direction opposée à celle de ve.
On désignera ci-après le rapport - va/ve = par l'expression de "coefficient de rebondissement". La va. leur du coefficient de rebondissement dépend de multiples factours et elle peut être déterminée avec une exactitude, suffisante, pour des travaux de rivetage, de cisaillement, de matage, etc...
dune façon très simple,,
Pour éviter toute réaction sur le corps du marteau, c'est-à-dire tout choc en retour, le demandeur *6 trouvé qu'il est nécessaire que toutes les grandeurs qui influent sur l'oscillation du piston de frappe soient exactement déterminées en fonction du coefficient de rebondissement suivant une relation spéciale*
Cette relation spéciale, nécessaire et suffisante pour que le marteau à ressorts n'ait pas de choc en retour est donnée en première approximation (c'est-à-dire sans tenir compte du frottement et des oscillations de peu d'im- portance du corps du marteau, et pour une commande dont le mouvement peut être représenté par une courbe parfaitement sinusoïdale) par la formule:
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ti /1 - [ (1 'XL ),, - A + h - ()1! 'ttg<i (1 - < )q Avec une commande qui, par suite de l'interposition
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d'une bielle au. lieu d'une coalise-manivelle, n'est pas purement sinusoidale, les résultats obtenus à l'aide de cette formule seront modifiés en conséquence,
Pour construire un marteau selon l'invention, dans lequel les chocs en retour sont supprimés, on procédera donc de la façon suivante:
On déterminera dtabord la quantité @. Dans ce but. on prodédera par exemple à Inexpérience suivante: On dispose- ra sur une pièce à travailler (par exemple une pièce d'acier à cisailler) l'outil dont la marteau doit être pourvu(par exemple un oiseau 28).
On laisse tomber ensuite sur cet outil une masse égale à celle du piston de frappe 20 et l'on mesure la hauteur de chute !le et la hauteur de rebon- dissement ha, la hauteur de chute étant choisie de façon
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que l'énergio libérât par le choo soit égale à l'énergie L que l'on d'8ire. On en déduit V = Ir.:' drcni V e ae
Cette donnée expérimentale Pétant connue, pour le genre de travail choisit et pour un outil de forme et de dimensions connues. il est facile à l'aide de la formu- le ci-dessus, de déterminer les diverses dimensions et ca- ractéristiques des organes du marteau.
On peut enduite vérifier, après construction du mar- teau, que le résultat cherché est atteint, si, comme expli- qué ci-dessus, la position du piston 20, au moment de la frappe, correspond à la "détente" du système élastique, ce que l'on constate facilement par un examen stroboscopique, à l'aide d'oscillogrammes, etc... Les erreurs constatées alors peuvent ensuite être corrigées par une modification appropriée de K ou de m,,
Bien entendu, avec le marteau suivant l'invention. tout comme avec les marteaux ..
air comprimé, il est néces- .aire, lors du travail, que le marteau à ressorts soit ap- puyé sur la pièce à usiner avec une certaine pression pour
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que l'énergie de choc communiquée à l'outil soit transmise à la pièce car naturellement les forces d'accélération agissant entre le marteau de frappe et le carter doivent être absorbées de l'extérieur par une pression snpplémen- %aire. Mais cette force n'est évidemment pas comparable aux violentes réactions dynamiques des chocs en retour, 0'est ainsi que, dans certaine cas, cette pression peut être moin- dre que le poids propre du marteau, si le marteau travaille par exemple de bas en haut,
Les figures 5 à 1 représentent, graphiquement, pour une valeur de = 0.
24 par exemple . les mouvements de la com- mande et du piston obtenus lorsque la relation précitée est satisfaite. Sur toutes ces figures, les aboisses représentant le temps, Les temps 0, T1. T2 sont les moments de frappe, Aux figures 5 et 6, les ordonnées sont des distances et à la figure 7. ces ordonnées sont des vitesses.
La figure 5 montre le mouvement sinusoïdal de la commande, déterminé par les constantes r et #, les ordon- nées représentent les courbes de la manivelle 5 suivant l'axe longitudinal de 1?outil.
La figure 6 représente, en traits pointillés, le mou- vement en marche à vide du piston de frappe, l'amplitude ma- ximum étant xm, l'allure de ce mouvement étant connue, En traits pleins on a représenté le mouvement du piston lors du travail de frappe, le système élastique étant déterminé en fonction du ooeffioient de rebondissement, suivait l'équation ci-dessus,
On remarque qu'aux moments de la frappe (0, Tl.
T2) la course xa de la manivelle (fig. 5) est constamment égale à la course de grappe xa(fig. 6), laquelle est simultané et qu'ainsi, à. ces instants,le/systèmeélastique est toujours détendu.On peut,en constatant l'égalité de la course de frap- pe et de la course de la manivelle,vérifier que le marteau obéit bient à la relation sus-indiquée.
La figure 7 représente, en concordance avec la courbe en trait plein de la figure 2. les variations
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de vitesse du piston de frappe. On se rend compte claire- ment que la vitesse v et la vitesse ve sont les grandeurs qui déterminent le mouvement du piston de frappe, et que la vitesse ve est en fait la vitesse maximum du piston de frappe lors du travail de frappe,,
Bien entendu, le coefficient de :rebondissement ne peut généralement pas être déterminé avec une exacti- tude parfaite; il peut d'ailleurs varier pendant le tra- vail, par exemple lors du rivetage, quand le rivet, préa- lablement chauffé, se refroidit.
Mais, dans la pratique, pour la construction de la machine, on peut se contenter d'une valeur approohée de #. Dans ces conditions, la re- lation ci-dessus ne sera pas tout-à-fait satisfaite, et l'on constatera que la tension du système élastique, au moment de la frappe, ne sera pas constamment égale à zéro, ,Maie, quand l'erreur sur; n'est pas trop grande, le bon fonctionnement de la maohine n'est pas sensiblement oom- promis.
En dehors de la suppression des chocs en retour qui résulte de la formule qui précède,laquelle est natu- rellement très générale et s'applique µ tous marteaux à ressorts, la construction particulière décrite ci-dessus présente d'autres avantages, répondant aux différents desi- derata énoncés plus haut.
Le remplacement du piston de frappe et des ressorts s'opère d'une manière très simple, en décrochant les crocheta 11 et en tirant le corps 8 avec le tube 13 vers l'avant. Après séparation du couvercle 14 et du coulis- se au 7. lesquels seront reliés dans la plupart des cas par une fermeture à baïonnette, les ressorts 18-19 et le piston 21 de frappe peuvent être enlevés du corps, L'as- semblage est aussi simple que le démontage, et il se fait de la manière inverse.
Le piston de frappe, qui est constitué par une seu-
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le pièce, peut être de construction légère et ramassée. de telle sorte qu'il peut avoir une très grande résistan- ce mécanique. Sa construction est peu coûteuse, son remplacement facile, son guidage précis et sûr, sans qu'il y ait de portes sensibles d'énergie par frottement; enfin la construction assure une étanohéité suffisante du carter,,
Le marteau à ressorts suivant l'invention possède un rendement accru et sa durée de fonctionnement est augmentée. On peut en outre augmenter considérablement la puissance de la frappe sans risque de rupture des organes du marteau.,
Naturellement l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution représente et décrit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple.
L'invention s'applique, bien entendue à des marteaux fixes, par exemple à des marteaux-pilons, dans lesquels l'élimination du choc en retour est très importante. Dans ce cas, la forme exté- rieure de lappareil serait modifiée. Le tube de guidage du piston de frappe serait supprimé, la frappe devant être visible.
HEVENDICATIONS le) Un marteau à ressorts à commande par manivel- le ou organq quelconque, et dans lequel le piston de frappe et les organes de commande sont reliés en parma- nonce par un système élastique, caractérisé en ce que la système élastique et le système cinématique dont détermi- nés de façon qu'au moment de la frappe le système élastique soit pratiquement détendu..
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