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.SYSTEME DE TRANSMISSION DE MOUVEMENT POUR MACHINES DONT LES CYLINDRES SONT PARALLELES A L'ARBRE MANIVELLE"
La présente invention, dont l'inventeur est Monsieur W. HULSEBOS, à Laren (Hollande), est relative aux dispositifs de l'espèce définie ci-dessus.
Une machine de cette espèce avec un organe oscillant est déjà connue.
Des essais pratiques ont montré que les dispositifs de ce genre ont eu jusqu'à présent de. graves défauts. Il se
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produisait des phénomènes d'usure particuliers, dont on ne pouvait trouver l'explication plausible.
L'invention apporte une conception nouvelle et les moyens nécessaires pour vaincre les difficultés éprouvées jusqu'à présent, et réduire l'usure à des proportions raison- nables.
Suivant l'invention, la grandeur des surfaces qui coo- pèrent pour résister à la poussée axiale et qui appartiennent à l'organe oscillant et à chaque sabot, ou la grandeur des surfaces en contact entre le patin et le piston ou sa tige, est déterminée de manière que l'effort admissible entre ces surfaces, calculé d'après Stribeck, multiplié éventuellement par un coefficient de sécurité de 2 à 5, soit égal à la charge réelle.
L'application d'un coefficient de sécurité dépend des matériaux choisis. On ne pourra toutefois prendre un coeffi- cient trop élevé, pour des raisons qui seront expliquées ci- après.
Les avantages de la construction nouvelle résulteront de la description qui va suivre. Quoique le mode de calcul de Stribeck n'a été employé jusqu'à présent que pour des billes ou des rouleaux, s'appuyant sur une surface, il peut être aussi appliqué à des surfaces supportées d'une autre forme (par ex. conique), plus particulièrement dans la construction suivant l'invention, et conduire à de, bons résultats. Par suite du fait que jusqu'à présent on ne s'était pas rendu compte que l'on pouvait appliquer le mode de calcul suivant Stribeck à ces constructions, les résultats désirés n'ont pas été atteints.
Suivant un mode d'exécution de l'invention, dans lequel la surface de travail de l'organe oscillant est conique, avec un axe parallèle à la manivelle inclinée, l'application de l'in-
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vention revient à ce que la surface conique est tellement petite qu'elle porte aussi près que possible de l'axe du sabot, pour résister à la poussée axiale, de sorte que la surface plane du sabot, qui coopère avec la surface plane du piston ou de la tige de piston, est sollicitée autant que possible suivant son axe.
De cette manière, on évite l'usure unilatérale très dangereuse da la dite surface plane du sabot,
La surface conique de l'organe oscillant peu coopérer avec une surface conique du sabot, la somme des angles d'in- clinaison des deux cônes étant égale à l'angle d'inclinaison de la manivelle inclinée.
L'usure inégale de la dite surface du sabot et du piston 'ou de sa tige peut encore être mieux évitée en augmentait la grandeur de la surface plane de chaque sabot coopérant avec la surface plane du piston ou de la tige de piston, ou, dans les machines ayant un plateau incliné, en augmentant la surface des patins portant contre le plateau. Dans les machines à pla- teau,cette augmentation de ,la surface peut avantagusemént être obtenue ' par une extension latérale du patin. La surface de portée sup- plémentaire peut en même temps servir à empêcher la rotation des patins.
D'autres modes d'exécution et perfectionnements des surfaces coopérantes rentrant dans le cadre de l'invention seront décrits ci-après*
La partie centrale des surfaces coopérantes est de pré- férence élastique afin que,, comme on le verra ci-après, la surface conique ne devienne pas trop petite, et qu'en outre l'on obtienne une occasion favorable d'employer, pour tenir en place les sabots ou les patinss des moyens qui ne sont pas sujets à beaucoup d'usure.
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Ainsi, dans l'axe de chaque cône, on peut appliquer un organe,en forme de bouton mobile par rapport au cône, contre l'action d'un ressort, le dit bouton se logeant dans un évide- ment de la surface, qui est en contact avec le cône.
Le principe de l'invention donne aussi d'excellents résultats dans son application à des machines à plateau incliné.
L'invention est illustrée à titre d'exemple aux dessins ci..annexés dans lesquels :
La Fig. 1 représente une coupe longitudinale d'une ma- chine suivant l'invention, pourvue d'un organe oscillant; la Fig. 2 est une représentation schématique des surfa- ces coopérantes jouant un râle important dans la construction suivant l'invention ; les Fige. 3 - 6 sont des vues partiellement en coupe de l'une des places de contact des pistons avec un plateau incliné par rapport à l'axe de la machine et tournant avec cet axe; la Fig. 5a étant une coupe partielle suivant le plan V-V de la Fig. 5 et à plus petite échelle; les Figs. 7, 8 et 10 représentent des coupes correspon- dant aux Figs. 3-6 et relatives à d'autres modes d'exécution;
la Fig. 9 est une vue en plan d'une machine à meuler illustrant la formation d'une surface de révolution avec bouton élastique suivant la Fig. 8.
Dans la Fig. 1, l'organe oscillant 1 est supporté dans des coussinets 2 de la manivelle inclinée 3, de manière à pou- voir tourner autour de son axe. La manivelle 3 fait partie de l'arbre 4 à faire mouvoir, qui dans un compresseur ou une pompe, est l'arbre moteur.
Une roue conique 5 de l'organe 1 coopère avec une roue 6 fixée au bâti 7 de la machine et empêche le mouvement de rota- tion de l'organe oscillant 1. Dans la culasse 8 de la machine
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se trouvent des cylindres 9 dont l'axe est parallèle à l'arbre 4 de la machine. Les pistons 10 travaillent sur l'organe oscillant 1.
Ces parties de la machine sont toutes connues.
Il s'agira maintenant plus spécialement de la liaison entre chaque piston 10 et l'organe 1, qui a toujours donné lieu à de grosses difficultés.
Tout ce qui sera dit ci-après vaudra pour chaque liaison entre un piston et l'organe oscillant.
Dans l'exécution suivant,la Fig. 1, la tige de piston ou le piston 10 lui-même est pourvu de deux surfaces planes 11 et 12 perpendiculaires à l'axe a-a de la machine et formées au moyen de disques 13 et 14 attachés à demeure au piston ou à la tige de piston.
Le disque 14 est relié à un couvercle 16 qui est fixé en 17 dans le corps 15 du piston ou de la tige. Le dit corps 15 est guidé au moyen d'une surface de guidage 16.
L'organe oscillant 1 est par exemple pourvu d'un cer- tain nombre de bras la. Près de l'extrémité de chaque bras., il y a de part et d'autre des surfaces coniques 19 et 20 attachées à ce bras. Les cônes sont des cônes de révolution autour d'un axe parallèle à la manivelle inclinée, cette manivelle étant pàr exemple à un angle de 17,5 à 20 par rapport à l'axe a-a.
Dans l'axe de chaque cône se trouve un organe 21, 22 en forme de bouton, qui sous l'action d'un ressort 23 est mobile dans la direction de l'axe des deux surfaces coniques 19 et 20.
Les boutons (par exemple hémisphériques) des organes 21, 22 sont logés dans des évidements des sabots 24 et 25. Ceux-ci possèdent des surfaces planes qui coopèrent avec les surfaces planes des disques 13 et 14, ainsi que des surfaces 26 et 27 qui coopèrent avec les surfaces coniques 19 et 20.
Lorsque l'angle d'inclinaison des surfaces coniques 19
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et 20 est égal à l'angle d'inclinaison de la manivelle,, les surfaces planes 26 et 27 sont perpendiculaires à l'axe a-a.
Il est toutefois aussi possible que les surfaces coniques 19 et 20 coopèrent avec des surfaces coniques des sabots (voir Fig. 2). La somme des angles d'inclinaison [alpha]1 et [alpha]2 des surfaces coniques en contact 19 et 26a (Fig. 2) ou 20 et 27a respectivement est alors égale à l'angle d'inclinaison de la manivelle ou de l'axe du cône 19 respectivement.
Les surfaces coniques 19 et 20 peuvent être remplacées par d'autres surfaces de révolution, comme on le verra aux Fige. 8 et 10.
La pratique a montré que surtout les surfaces planes 11 des disques 13 et les surfaces en contact des sabots étaient sujettes à une forte usure unilatérale de sorte que ces sur- faces ne demeuraient pas planes, par suite de quoi le fonction" nement de la machine était gêné,
Ce phénomène sera expliqué plus en détail au moyen de la Fig. 2 dans laquelle les surfaces 11, le sabot 24 et le cône 19 suivant la Fig. 1 sont représentés à plus grande échelle.
L'usure était particulièrement forte dans la zone annu laire z.
Dans la Fig. 1, le piston 10 se trouve au point mort de la compression. Après l'allumage, la force de l'explosion est transmise par les surfaces 11, 26 et 19 à l'organe oscil- lant. Le bouton 21 ne transmet pas d'effort axial, parce qu'il est monté élastiquement. Cet organe ne sert qu'à tenir en place le sabot 24 par rapport à l'organe 1 et au piston.
La Fig. 2 représente graphiquement, par rapport à 1 taxe O' P', qui est parallèle à OP, la charge admissible entre les surfaces en contact du cône 19 et de la face 26a.
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L'invention est basée sur la conception que l'on peut, en se servant des essais et des formules de Stribeck, représenw ter graphiquement cette charge admissible.
Le contact du cône avec l'autre surface aura lieu sui- vant une petite surface (les surfaces en contact seront quelque peu aplaties).
Lorsque Stribeok a établi que la charge admissible sur un rouleau, s'appuyant sur une surface plane,est égale à
P = k.d.l (d étant le diamètre du rouleau, 1 sa longueur et k une constante qui dépend des matériaux du rouleau et de la surface d'appui et aussi de la forme de la surface d'appui,, par exemple concave ou convexe), il est aussi parti du fait que le rouleau est quelque peu aplati à sa circonférence et d'autant plus que le diamètre du rouleau est plus petit.
La demanderesse considère la surface conique s'appuyant sur la surface 26a (Fig. 2) comme une suite de petits rouleaux ayant chacun une longueur dl. Les diamètres de ces rouleaux deviennent plus grands vers le point p (voyez centres de cour- bure M1 et M2 ).
Chaque petit rouleau peut alors porter suivant Stribeck une charge P = k.d.dl (dans cette formule d dépend de 1, donc ' d = f(1)).
Le cône,-peut alors porter dans son entier
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OP K 8 o k.d,dl.
(la surface du diagramme suivant la Fig. 2).
On comprend clairement à présent pourquoi la zone z usait si rapidement. Lorsque le cône a des dimensions trop grandes,,seule la partie située près de P (avec le plus grand d) porte bien. L'aplatissement de la surface portante est ici minimum et près du sommet du cône, celui-ci ne reçoit même pas l'aplatissement qui serait possible en vertu de la charge
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admissible maximum en cet endroit. En d'autres termes, le cône va porter à l'endroit où il peut recevoir la charge maximum.
Mais alors la force résultante entre le cône 19 et la surface
26a est très excentrée par rapport à l'axe b-b du sabot 24 et use donc celui-ci à la périphérie (zone z).
Selon l'invention, il est recommandable maintenant de déterminer d'abord les forces auxquelles il s'agira de résister (force de l'explosion + forces d'inertie). Supposant que les forces maxima soient K1, on choisira alors le cône 19 d'une grandeur telle que la charge admissible, c'est-à-dire K = k.d.dl, soit au moins égale à la force K1.Alors le cône portera, parce* qu'il deviendra plus petit que dans la construction connue, plus près du sommet,et le sabot 24 sera donc sollicité moins excentriquement.
On obtiendra des conditions encore plus favorables en exécutant le sabot avec une extension (24& et 25& dans les Fige.
1 et 2 resp.) de sorte que la pression par unité de surface est encore plus réduite à cet endroit.
Il est juste de ne pas solliciter la partie du sommet du cône axialement, car dans ce cas le cône aurait des dimensions trop petites,
Dans la Fig. 1, les dimensions des cônes et des parties voisines, par rapport à la distance de l'axe'de la machine,, sont dessinées à l'échelle d'après une exécution fonctionnant de manière satisfaisante, afin de donner une idée du résultat pratique. La constante de Stribeck peut être empruntée à des traités de mécanique.
Le même ordre d'idées suivant l'invention peut être appliqué à la construction d'une machine avec plateau incliné par rapport à l'arbre (Figs. 3-6).
La Fig. 3 montre comment un organe porteur 30 est fixé à un piston ou à une tige de piston 29, cet organe s'appuyant
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contre un patin 31 pourvu d'une surface conique 31a, qui trans- met les forces au plateau incliné 32 et de là à l'axe de la machine (dans les pompes et compresseurs,,cette transmission a lieu en sens inverse).
Le corps 29 peut être pourvu d'une partie 38 contournant le plateau 32 (Fig. 5), de l'autre côté duquel un patin 31a et une surface conique 35a analogues aux précédents peuvent être situés. On peut aussi placer de part et d'autre du plateau 32 des cylindres avec pistons, dont les axes sont parallèles à l'arbre de la machine. Des arrangements de ce genre sont en principe connus.
La liaison entre le corps de piston ou la tige et le patin, exécutée suivant le principe de l'invention, est toute- fois nouvelle.
En outre, suivant la Fig. 5, les patins 31, 3la sont prolongés unilatéralement par des parties 31h et 31c resp.
(voir aussi la Fig. 5a), situées entre des ergots 39 de la pièce 38, de sorte qu'ils empêchent un mouvement de rotation des patins autour de leur axe.
Vu que la vitesse de rotation, que le plateau incliné tend à communiquer aux patins. augmente du centre vers l'exté- rieur, ces patins pourraient tourner très vite. Pour ce motif, il est préférable d'empêcher ce mouvement de rotation.
La construction décrite comporte également le bouton 33 placé sous l'action d'un ressort 34. Ce bouton doit résister à une force très grande dirigée dans le plan du plateau, par suite de quoi le bouton et l'évidement, dans lequel ce bouton est logé, peuvent user très rapidement.
Suivant la Fig. 4, le bouton 33 est moins fortement sollicité, parce que l'inclinaison de la surface conique du patin 31 est plus petite. Cette surface conique coopère avec
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une surface conique 35 de la tige de piston,
Suivant la Fig. 5, le patin 31 n'est plus sollicité, suivant le plan de l'organe oscillant ou du plateau, par la composante. La surface 31a est parallèle au plateau incliné.
Les forces agissant de part et d'autre du patin sur celui-ci ne peuvent plus provoquer de glissement du patin et par conséquent le bouton 32 n'est plus sollicité par la dite composante.
Dans la Fig. 6 est indiqué comment un bord 36 de l'organe 30 du piston peut coopérer avec un rebord 37 du patin, le bou- ton 32 n'étant de cette manière plus sollicité par la dite composante, même si la surface 31a n'est pas une surface plane parallèle au plateau incliné 32.
C'est ce mode d'exécution qui aura la préférence, pourvu que la surface conique 35 ait des dimensions déterminées sui- vant l'invention.
Dana la Fig. 7 est représentée une exécution suivant laquelle, entre une surface conique 40 d'un patin et une surfar ce conique 41 d'un piston, est situé un organe auxiliaire 42 ayant la forme de deux cônes 43 et 44 attachés par leurs baves.
La somme des angles d'inclinaison de toutes les surfaces coni- ques est égale à l'angle d'inclinaison du plateau incliné 45.
Vu que les angles des cônes sont maintenant très petits, les rayons de courbure de la surface conique (donc les diamètres des petits rouleaux, qui dans leur ensemble constituent le cône) sont très grands, c'est-à-dire que la capacité portante est très grande. Cette construction se prête bien à être ap- pliquée dans le cas de moteurs lourds avec fortes pressions des pistons.
Les organes auxiliaires seront tenus en place au moyen de boutons élastiques 46 et 47.
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La Fig. 8 représente un des modes d'exécution les plus avantageux. Les cônes pourront être très petits. Ils auront toutefois toujours la tendance de porter le plus à la périphé- rie. Les pressions unitaires en cet endroit peuvent être très élevées, à tel point même que le matériau à la périphérie du cône est soumis à une fatigue excessive et peut s'écailler comme l'a montré la pratique. Il y a sur les cônes un endroit où le rayon de courbure est tellement grand, que le métal en cet endroit peut, suivant Stribeck, résister parfaitement à la charge. Il est donc désirable que le cône porte toujours en cet endroit.
Dans la Fig. 8, le dit endroit est indiqué par le point R. Soit le rayon de courbure d'une hyperbole dans un plan passant par R et perpendiculaire à celui du dessin et qui coupe donc l'axe &-a du piston. Il y a lieu de veiller maintenant à ce que la surface 48 soit une surface de révolution ayant une génératrice qui est un arc de cercle autour du centre de cour- bure M. Le point M n'a pas besoin d'être situé dans l'axe pwp.
Si le point est situé dans cet axe, la surface 48 devient un segment de sphère. Une construction de ce genre a donné d'excellents résultats pratiques. On se servira de la formule de Stribeck pour une sphère, donc : P = k.(2r )2, parce que le plan tangent en R doit être considéré comme étant une sphère.
Suivant un exemple d'exécution, la charge axiale K1 comporte 2130 Kgs.
On choisira alors 2r 12 cm., de sorte que P = k.(2r)2 pour k = 40, est égale à; 5760 Kgs. Le coefficient de sécurité est alors de 2,5, ce qui est suffisant. Plus la surface 48 est petite, plus le sabot ou le patin est chargé axialement.
La surface 48 peut maintenant se régler quant à sa po- sition. Elle demeure alors dans des conditions favorables eu égard
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à la capacité portante, suivant Stribeck.
La Fig. 9 montre comment la surface 48 peut être meulée au moyen d'une meule 49 déplacée suivant un arc b-g autour du point M (Fig. 8), tandis qu'on fait tourner la surface 48 autour de l'axe @-s.
Suivant la Fig. 10,, les organes auxiliaires sont formés au moyen de bagues 50 se déplaçant dans des cuvettes annulaires 51 et 52 des sabots 53 et du plateau 54. Les surfaces planes de la tige de piston sont désignées par 55 (voir aussi Fig. 1).
Un rouleau placé dans une rigole offre, suivant Stribecks une très grande capacité portante (grande valeur de k). En outre, on obtient de cette manière un excellent graissageL'huile est continuellement refoulée par les bagnes dans les cuvettes et circule dans ces cuvettes. D'autre part,, la force centrifuge la retient dans les dites cuvettes. Les bagues reposent donc sur une mince couche d'huile, qui a des propriétés particulier rement favorables, parce que l'épaisseur de cette couche deviert plus petite dans l'espace en forme de coin entre les bagues, qui sont inclinées dans les cuvettes. Pour ce motif, une ma- chine suivant cette construction est parfaitement silencieuse.
REVENDICATIONS.
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