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Manivelle variable commandée hydrauliquement
La présente invention se rapporte à une manivelle comportant, monté sur un excentrique faisant partie d'un arbre moteur, un organe asymétrique mobile qui peut être déplacé sur cet excentrique fixe dans le but de rendre variable le rayon de levier de la manivelle et son
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décalage angulaire par rapport à la position momentanée de l'arbre.
Pour réaliser ces variations de la course et du décalage de la manivelle, l'organe asymétrique mobile qui, généralement est monté à rotation sur l'excentrique fixe de l'arbre moteur, doit pouvoir se déplacer angulairement sur celui-ci sans discontinuité. Ces déplacements ont été commandés jusqu'à présent par des dispositifs mécaniques d'une construction compliquée qui ne s'adaptaient guère à la transmission continue de grandes forces de réglage souvent requises dans les puissantes installations. De plus, les parties de ces dispositifs étaient rapidement usées par suite des effets destructifs des chocs auxquels est assujettie la plupart des manivelles.
La présente invention a pour but de remédier à. ces inconvénients. Elle est caractérisée en ce que la manivelle est construite sous forme d'un moteur hydrauli- que à double effet assurant le déplacement continu de l'organe asymétrique mobile sur l'excentrique fixe de l'arbre de la manivelle, ce moteur étant commandé par un tiroir de distribution pouvant être actionné automatique- ment ou à la main et dont l'organe de distribution coopère avec un mécanisme d'asservissement automatique commandé directement par l'organe mobile de la manivelle, le tout dans le but de simplifier la construction et la commande de l'ensemble de l'installation et d'assurer, en même temps, la précision et la stabilité du réglage de la course et du décalage de la manivelle.
Sur les dessins annexés est représentée à titre d'exemple une forme de réalisation de la manivelle selon
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l'invention.
Les fig. la à le représentent schématiquement une manivelle variable ajustée dans différentes positions.
La fig. 2 est une coupe axiale représentant les parties constructives de la manivelle et son dispositif de commande.
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne A-A de la fig.2.
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne B-B de la fig.3 et la fig. 5 est une coupe suivant la ligne C-C de la fig.2.
L'arbre 1 d'une manivelle variable par ex. une manivelle à excentriques tourne entraînée par un moyen quelconque à vitesse constante dans les coussinets sphé- riques 2 et 3 montés dans le carter 4 du dispositif.
L'arbre 1 porte, venu solidairement de fabrication avec lui, un excentrique intérieur 5 (excentrique fixe) sur lequel est monté relativement un organe asymétrique qui, de préférence, sera constitué par un excentrique extérieur 6 (excentrique mobile). Le rayon de levier de cette mani- velle à excentrique et son décalage angulaire par rapport à l'arbre moteur 1 peuvent être variés en déplaçant l'ex- centrique mobile 6 sur l'excentrique fixe 5. Cette varia- tion est clairement mise en évidence dans les fig. la et le .
Dans ces figures, x désigne la position instantanée de l'arbre 1 tournant par ex. dans le sens de la flèche.e5 est l'excentricité de l'excentrique fixe 5, e6 est celle de l'excentrique mobile 6 et er représente l'excentricité résultante c.à.d. le rayon de levier de la manivelle.
De préférence, les excentricités et et e6 sont d'égale
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grandeur, ce oui permet de varier l'excentricité résul- tante entre les limites de 0 et (e5 + e6).
Dans la fig. 1a, la manivelle est à la position de 0 ; les excentricités e5 et e6 étant en phase et op- posées l'une à l'autre, le rayon de levier et son déca- lage par rapport à l'axe x sont réduits à 0. Lorsque en fig 1b l'excentrique mobile 6 a été tourné de 45 dans le sens des aiguilles d'une montre, le rayon de le- vier de la manivelle représenté par le vecteur e4 est en avance sur l'axe x d'un angle de 221/2 Dans les f ig. 1c et 1d l'excentrique mobile 6 a été tourné dans le même sens de 90 et 135 et il s'en suit un accroissement successif du rayon de levier er et de son décalage angu- laire par rapport à l'axe x qui est de 45 en fig. 1c et de 671.2 en fig. 1d Enfin en fig.
le la manivelle est dans sa position extrême, l'excentrique e6 ayant été tourné de 1800 dans le sens des aiguilles d'une montre, ce qui porte le rayon de levier er à la valeur maximum (e5 + e6) avec une avance de phase de 90 sur la position x de l'arbre 1.
Lorsqu'en partant de la position 0 de la fig.l a l'excen- trique mobile est tourné en sens inverse des aiguilles d'une montre, le rayon de levier er de la manivelle subira les mêmes variations avec un retard de phase sur la position instantanée de l'arbre moteur.
On emploie les manivelles variables de ce genre p.ex. dans les machines à pistons commandées par un tiroir de distribution. Ces installations comportent, monté sur un arbre commun, un premier excentrique fixe pour l'ac- tionnement du piston de la machine et un deuxième excen- trique mobile pour l'actionnement du tiroir. L'excentrique fixe, dans le but de rendre variable la course de refoulement
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du piston moteur, porte un organe asymétrique mobile dont le déplacement angulaire est transmis par un ac- couplement à l'excentrique mobile du tiroir de façon à ce qu'il y ait toujours un rapport déterminé dans le décalage réciproque des dispositifs excentriques asso- ciés respectivement au piston moteur et au tiroir de distribution quelle que soit la position angulaire de l'organe asymétrique sur l'excentrique fixe.
La liaison entre les différents organes de ces manivelles à excentri- que et leur fonctionnement font l'objet de la demande de brevet belge Nr. 346176 du 28.7.42. et ne seront pas décrits en détail.
La manivelle variable 5,6 est commandée par voie hydraulique. Les excentriques 5 et 6 sont construits- en vue d'un déplacement angulaire entre eux sous la pression d'un fluide de travail qui est admis par un tiroir de distribution S susceptible d'être actionné automatique- ment ou à la main.
A cet effet, l'excentrique fixe 5 présente sur son pourtour extérieur une rainure annulaire 7 p.ex. de section semi-circulaire dans laquelle est guidée sans ébat une languette 8 en saillie sur la face de glisse- ment intérieure de l'excentrique mobile 6. Ure pièce in- termédiaire 9 en forme de secteur est noyée dans la rai- nure 7 et fixée au corps de l'excentrique fixe 5 p.ex. par des goupilles côniques 10 (voir fig.3). La rainure est, de cette façon, divisée en deux chambres de pression 11 et 12 qui sont limitées d'une part par le secteur fixe 9 et d'autre part par la languette 8 de l'excentrique mobile 6.
A côté de l'une des extrêmités du secteur 9 une ouverture latérale 13 est pratiquée dans le corps de l'excentrique
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fixe. Cette ouverture sert de passage à la languette 8 qui doit pouvoir s'engager dans la rainure 7 lors du montage de l'excentrique mobile 6 sur l'excentrique fixe 5. Lorsque l'excentrique mobile est déplacé angu- lairement, sa surface intérieure glisse sans ébat sur le pourtour extérieur du secteur 9 qui est noyé dans la rainure 7, tandis que la languette 8 en saillie sur cette surface peut s'ajuster de façon étanche dans la dite rainure. Ce déplacement de l'excentrique mobile 6 est limité dans les deux sens par des butées 14 formées par les bouts du secteur 9 et coopérant avec la languette 8 du dit excentrique.
Les deux excentriques 5 et 6 sont rendus étanches latéralement par un collier 15 solidaire de l'excentrique fixe 5 et un disque 16 monté fou sur l'arbre 1. De pré- férence, le disque est disposé du côté de l'ouverture 13 de l'excentrique 5 et muni d'une saillie 17 pouvant s'engager dans cette ouverture de façon à fermer celle-ci et à rendre le disque solidaire de l'excentrique fixe 5.
Entre l'excentrique mobile 6 d'une part et le collier 15 et le disque 16 d'autre part, peuvent être insérées des garnitures annulaires 18, 19 susceptibles de garantir une étanchéité 'parfaite de l'ensemble du dispositif à excentrique représenté.
Les deux chambres à pression 11 et 12 pratiquées dans l'excentrique fixe 5 de part et d'autre de la lan- guette 8 sont reliés à un tiroir de distribution S par des canaux 21 et 22 disposés à l'intérieur de l'arbre 1 et par des conduites 31, 32. Le raccord entre les dits canaux et conduites est réalisé dans le présent exemple
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par des joints d'arbre comportant chacun une boîte sta- tionnaire 20 présentant des évidements annulaires dans lesquels sont montées à rotation des garnitures section- nées 23 en charbon entourant l'arbre 1 et appliquées contre celui-ci par des ressorts à boudin 24.
Les con- duites 31 et 32 sont fixées aux boîtes 20 et chacune d'elles communique par un forage 25 dans la boîte cor- respondante avec un espace de pression annulaire 26 s'éten- dant autour de l'arbre 1 entre deux garnitures en charbon adjacentes. De ces espaces de pression partent les canaux 21 et 22 s'étendant longitudinalement dans l'arbre et débouchant chacun à côté de l'un des bouts du secteur 9 dans l'une des chambres à pression 11, 12 de l'excentrique fixe 5.
Le tiroir de distribution S comporte une cage 30 dans laquelle est admis par l'entrée 33 le liquide sous pression fourni par ex. par une pompe non représentée.
L'organe de distribution 34 du tiroir se compose d'un piston double glissant sans ébat dans une douille mobile 35 ajustée dans la cage 30 et présentant des lu- mières transversales disposées de façon à s'alligner avec l'entrée 33 et les sorties 31', 32' de la cage lorsque la douille prend la position médiane représentée en fig.2.
A la surface intérieure de la cage 30, l'entrée 33 et les sorties 31' , 32' s'élargissent sous forme de rainures lon- gitudinales 36 qui communiquent en tout temps avec les lumières transversales de la douille 35 quelque soit la position axiale de celle-ci.
Le piston double 34 du tiroir de distribution peut être commandé par un volant à main 37 ou tout autre
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moyen approprié. Suivant la position axiale de ce piston, le fluide- sous pression est admis dans l'une ou l'autre des chambres 11, 12 de l'excentrique intérieur 5 en passant par les conduites et les canaux cités. Ces der- niers servent en même temps au retour du fluide. Si p.ex. le piston 34 est déplacé par le volant 37 vers la droite de la fig. 2, le fluide sous pression est admis à travers la conduite 31 et le canal 21 dans la chambre 11, tandis qu'une quantité équivalente de ce fluide s'échappe en même temps de la chambre 12 en passant par le canal 22 et la conduite 32.
L'augmentation de pression ainsi créée dans la chambre 11 se transmet alors sur le côté gauche de la languette 8 et provoque un déplacement angulaire de l'excentrique mobile 6 sur l'excentrique intérieur fixe dans le sens des aiguilles d'une montre. Si le piston double 34 du tiroir de distribution subit un déplacement vers la gauche, le fonctionnement inverse a lieu, le fluide sous pression étant admis par la conduite 32 et le canal 22 dans la chambre de pression 12 tandis que simultané- ment la chambre 11 est mise à l'échappement par le canal 21 et la conduite 31.
Four assurer la précision et la stabilité du régla- ge de la manivelle, le dispositif de commande hydraulique qui vient d'être décrit est muni d'un mécanisme d'asservis- sement automatique. Ce mécanisme d'asservissement peut être actionné directement par l'excentrique mobile 6 au moyen d'un organe 40 qui est monté à rotation sur l'arbre 1 et constitué, de préférence, par un organe coaxial servant à l'accouplement des dispositifs excentriques du piston moteur et du tiroir de distribution non représenté de la machine. Cet organe coaxial 40 est solidaire en rotation
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de l'excentrique extérieur 6 ; il est accouplé à ce dernier de la façon suivante :
L'excentrique extérieur porte sur sa face op- posée à l'organe 40 deux pivots fixes 41 disposés de part et d'autre de son axe d'excentricité et parallèlement à l'axe de l'arbre 1.
Sur ces deux pivots sont montés li- brement deux leviers égaux 42 dont les extrémités en re- gard présentent chacune une denture à segment 43 ayant son centre dans l'axe du pivot 41 et engrénant l'une dans l'autre. Les extrémités opposées de ces leviers portent chacune une goupille 44 sur laquelle s'attaque une biel- lette 45 qui sont d'égale longueur et pivotées sur deux gou- pilles 46 disposées sur un même diamètre de l'organe coaxial 40.
L'organe coaxial 40 présente sur son pourtour ex- térieur un filet mâle à fort pas 47 s'engageant dans un filet femelle correspondant porté par un anneau 48 entou - rant le dit organe. L'anneau 48 est déplaçable axialement sur des tenons de guidages 49 fixés dans un disque 50 qui est claveté sur l'arbre 1 de façon à être solidaire en ro- tation de l'excentrique fixe 5 du dit arbre. Sur le pourtour extérieur de l'anneau 48 est pratiquée une gorge annulaire 51 dans laquelle s'engage une extrémité bifurquée d'un levier 53 pivoté en 52. L'autre extrêmité du levier 53 est articulée à la tige de réglage 54 qui commande la douille mobile 35 du tiroir de distribution S.
Le fonctionnement du mécanisme d'asservissement résulte de la fig. 2. En admettant, p. ex. par un déplace- ment à droite du piston 34, du fluide sous pression à travers la conduite 31 et le canal 21 dans la chambre de pression 11, l'excentrique mobile 6 sera tourné d'un
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certain angle dans le sens des aiguilles d'une montre.
Cette rotation est transmise de façon correspondante par le dispositif d'accouplement 41-46 à l'organe 40 dont le filet à fort pas 47 provoque le déplacement axial de l'anneau 48 guidé par les tenons 49. En admettant que pour la dite rotation, le déplacement axial de l'anneau 48 s'opère vers la gauche en fig.2, le levier 53 sera pivoté autour de son axe 52 dans le sens de la flèche, d'où un déplacement vers la droite de la tige de réglage 54 et de la douille 35, ce déplacement n'étant terminé que lorsque la douille a repris une position dans la- quelle ses lumières transversales sont de nouveau fermées par les surfaces de piston de l'organe 34. Dans cette nouvelle position d'équilibre de la douille 35 et du piston double 34, l'entrée du fluide sous pression dans la conduite 31 et le retour du fluide par la conduite 32 sont à la fois interrompus.
Une opération analogue dans l'autre sens s'effectue lors d'un déplacement à gauche du piston 34.
On remarquera qu'un déplacement du piston double 34 dans un sens ou dans l'autre est toujours suivi par un cycle d'opération comportant un déplacement angulaire de l'excentrique mobile 6 sous l'action du fluide admis dans l'une des chambres à pression 11,12 et la rupture sub- séquente du refoulement du fluide dans cette chambre grâce à l'intervention du mécanisme d'asservissement, l'état d'équilibre étant atteint dès que la douille 35 aura repris sa position médiane par rapport au piston double. Durant ces opérations la communication entre les lumières transversales de la douille 35 et les ouvertures d'entrée et de sortie du tiroir S sera toujours maintenue
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par les rainures longitudinales 36 pratiquées à l'in- térieur de la cage 30 du dit tiroir.
Il doit être bien entendu que la présente inven- tion n'est pas limitée à la forme d'exécution décrite mais qu'elle peut être réalisée suivant toute variante basée sur le même principe. C'est ainsi en particulier que la pièce intermédiaire 9 dans la rainure annulaire 7 de l'excentrique fixe pourrait être réduite en une étroi- te cloison de façon à permettre une variation dans des grandes limites du rayon de levier de la manivelle et de son décalage par rapport à la position instantanée de l'arbre 1. D'autre part, la languette 8 de l'excen- trique extérieur mobile pourrait être formé sur le petit côté intérieur de ce dernier.
En outre, l'étanchéité entre les deux excentriques 5 et 6 pourrait être réalisée en toute autre manière que celle qui a été indiquée ; aussi le choix du joint d'arbre ayant pour mission de relier les conduites 31 et 32 aux canaux 21 resp. 22 ne com- porte aucune limite.