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Vibrateurs puissants et de grande fréquence ne comportant pas de paliers porteurs.
On sait qu'il existe des appareils vibrateurs à balourds excentrés rotatifs susceptibles de développer des forces alternatives et de les communiquer aux objets à traiter.
Ces appareils sont généralement constitués par des balourds de masse m entraînés par un arbre tournant à la vitesse angulaire #, leur centre de gravité étant excen- tré par rapport à cet arbre de la distance e. La portée de l'arbre se fait sur des paliers à billes, à rouleaux, à aiguilles ou lisses, La force du vibrateur est égale à la
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force centrifuge développée soit F=m #2e et elle est re- portée au bâti du vibrateur par les paliers;
il s'ensuit que la force d'un vibrateur du type connu et sa fréquence dépendent de l'aptitude des paliers à supporter une force F tournant à une vitesse angulaire #. Lorsque # est de l'ordre de 5 à 6.000 tours-minute, et la force développée de l'ordre de quelques tonnes, les paliers habituellement employés dans l'industrie deviennent insuffisants pour sup- porter l'effort demandé, et l'on est ainsi conduit à de grands encombrements, on l'on se heurte à des impossibilités matérielles.
La présenta invention a pour but dobvier à ces inconvénients. Elle constitue une solution qui permet de réaliser, sans employer des paliers ou arbres porteurs, des appareils rotatifs d'encombrement réduit, capables de développer des farces variables alternatives dont la fré- quence peut être de l'ordre de 15 à 20.000 par minute, leur grandeur allant jusqu'à des centaines de tonnes.
Bile sera d'ailleurs facilement comprise à l'aide des explications qui suivent, en référence aux des- sins ci-annexés dans lesquels il convient de se reporter en tout premier lieu aux figures 1 à 6,
Soit un bloc métallique rigide A et un disque circulaire B, épais et pesant,de masse m, de centre o et de rayon r, entraîné par un arbre manivelle C qui le fait rou- ler à l'intérieur d'un avidement cylindrique, d'axe 0 et de rayon R, pratiqué dans le bloc A, comme le montrent très schématiquement la figure 1 en élévation et la figure 2 en coupe verticale transversale.
Le centre de gravité o du disque décrit autour du centre 0 un cercle de rayon e=R-r à la vitesse de rotation #; le disque B est par suite sou- mis à l'action d'une force centrifuge F=m #2e qui l'appli- que sur l'évidement à l'intérieur duquel il roule sans glisser.
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On voit que la force F est transmise au bloc ou bâti A sans l'intermédiaire de paliers ou arbres porteurs.
La force développée peut être très grande puisque elle ne dépend plus que des qualités de résistance des métaux employa pour la construction des corps A et B, tout en ne nécessitant qu'une faible puissance d'entraînement. En effet, le seul effort important à vaincre est le couple de roulement M qui s'exprime couramment par la formule =Fxl, 1 étant un bras de levier qui pour des surfaces convenablement rectifiées peut être de l'ordre de quelques centièmes de millimètre.
La force tangentielle à appliquer en 0 pour entraîner la masse est donc f=Fx 1/r ; on voit que si 1=0,04 mm et r=40 mm il vient 1 = 0.04/40 = r1/1000,ce qui veut dire qu'à une force F de l'ordre des tonnes correspondra une force f de l'ordre du kilogramme exigeant donc des paliers d'une capacité raille fais plus petite que si la force F était reportée directe- ment sur les paliers.
Au lieu d'utiliser des surfaces cylindriques, on reut utiliser des surfaces de révolution sphère, tore, cnes, etc.. La figure 3 montre le cas de surfaces sphéri- la ques, et on a représenté à/figure 4 un cône B tournant à l'intérieur d'une surface conique de même sommet..
En règle générale, on pourra faire tourner un corps de révolution à l'intérieur d'un évidement de ré- volution pratiqué dans un corps rigide. Les génératrices et les axes de ces surfaces sont choisis de façon que le glis- sement des points en contact soit minimum ou nul, comme dans le cas de surfaces cylindriques ou coniques.
Au lieu de faire tourner un seul disque B à l'intérieur d'un cylindre,on peut en faire tourner plusieurs en même temps. La figure 5 montre deux disques B et Bl situés dans un même plan et tournant à l'intérieur de l'enveloppe A; la figure 6 montre deux disques B et B1 situas dans des
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plans différents et tournant à l'intérieur d'un cylindre A.
Dans ces deux derniers cas, l'excentricité est égale la distance e du centre de gravité g des disques au centre de rotation 0 et dépend donc de l'angle que font les lignes joignant les centres des disques au centre de rotation. On conçoit que si l'on peut faire varier, soit au repos, soit en marche, la valeur de l'angle [alpha], on aura créé un vibrateur à force variable.
En partant des conceptions ci-dessus exposées, on peut réaliser toute une gamme d'appareils vibrateurs de toutes forces et de toutes fréquences, comportait une ou plusieurs masses fibrantes entraînées par un ensemble mo- teur.
Une de ces réalisations est représentée, d'ailleurs à simple titre d'exemple, aux figures 7 à 9 des dessins annexas dans lesquels : la figure 7 montre un vibrateur à deux masses tournantes, en section horizontale longitudinale faite sui- vant la ligne 1-1 de la figure 9; la figure 8 est une coupe transversale suivant la ligne II-II soit de la figure 7, soit de la figure 9;
sur la figure 9, destinée à une échelle un peu plus réduite que celle des deux figures précédentes, la partie de gauche est une demi-coupe élévatio suivant la ligne III-III de la figure 7 et la partie de droite une de- mi-coupe verticale suivant la ligne IV-IV de la même figure
L'appareil selon l'invention se compose en substance d'un bâti rigide A en fonte aciérée, et de deux masses cylindriques pesantes B disposées de part et d'autre de l'axe de symétrie XY, figures 7 et 9; deux arbres mani- velles C entraînent lesdites masses eu sens inverse par l'intermédiaire de roulements à billes D.
Le calage en orien .talion des messes sur les arbres C est tel que les
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composantes des forces parallèlement au plan des arbres s'annulent de telle sorte que le vibrateur produit unique- ment des forces dirigées perpendiculairement à ce même plan.
Le bâti est divisé longitudinalement par une sorte de cloison médiane intérieure 1 qui forme à l'avant une cavité F destinée à servir de réservoir d'huile, et ménage à l'arrière l'emplacement de chaque masse B laquelle tourne à l'intérieur d'un manchon alésé en acier traité G emmanché à force et bloqué dans le bâti A.
L'ensemble acteur comprend essentiellement un arbre d'attaque H, figures 8 et 9, entraîné de toute ma- nière appropriée par exemple par la poulie de commande J, et une roue dentée K clavetée sur le dit arbre, laquelle actionne les roues dentées L, M-M montées sur deux arbres intermédiaires N-N et les roues 0-0 solidaires des deux arbres C, figures 7,8 et 9; par ce jeu de roues à dentures rectifiées, la vitesse peut être multipliée dans toute la mesure convenable.
L'arbre moteur H, les arbres inter- médiaires@ et les arbres manivelles C sont portés par des roulements à billes ou à rouleaux de faible capacité montés, comme le montrent clairement les dessina tant sur la cloison intérieure E du bâti que sur un couvercle laté- ral P qui est d'ailleurs amovible pour permettre la visite de la boîte de multiplication.
Le logement de chaque masse B est fermé à l'ar- rière par une plaque R.
Une pompe, dont on ne voit que la saillie exté- rieure en S, figure 8, est montée directement sur l'arrière de l'arbre acteur H, et aspire l'huile dans le carter F pour la refouler dans le distributeur T d'où elle est répartie par les circuits T1 et T2 tant à la surface de roulement des masses B que sur les dents des engrenages multiplicateurs.
Les parois extérieures du carter F sont pour-
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vues d'ailettes de refroidissement U.
Enfin, le bâti A est muni de deux tirants V qui permettent de le fixer sur tout appareil qu'il s'agit de faire vibrer.
On peut apporter à l'appareil décrit ci-dessus des perfectionnements propres à diminuer encore les efforts sur les paliers ou à faciliter le démarrage.
..fin de faire disparaître les efforts imposés par la force centrifuge aux roulements de la masse de révolution par suite de l'excentration du maneton par rapport à l'arbre manivelle, efforts qui peuvent devenir assez importants pour les grandes vitesses de rotation, un premier perfectionnement consiste essentiellement à adjoin- dre à chaque maneton des moyens d'équilibrage, par exemple sous la forme de petites masses placées de part et d'au- tre du roulement d'entraînement de la casse de révolution.
Par ailleurs, le contact entre la masse de révo- lution et la surface interne de l'évidement n'est assuré que si l'usinage des pièces est fait avec beaucoup de précision. D'autre part, l'usure ou réchauffement des pièces peuvent produire des variations qui risquent de codifier les conditions de contact initiales. De tels défauts ont pour inconvénient de reporter accidentellement une partie de la forme centrifuge sur les roulements de l'abre.
Un second perfectionnement destiné à écarter cet inconvénient consiste à établir, entre la nasse de révolu- tion et l'arbre moteur, une liaison fournissant à cette masse une possibilité de .déplacement radial, dans le sens de la force centrifuge. Dans la forme de réalisation adop- tée de préférence une telle liaison est assurée, par un assemblage à tenon et mortaise orientée radialement, entre l'arbre proprement dit et le maneton; les deux parties de l'assemblage peuvent être maintenues accouplées par une tige traversant l'arbre et exerçant, par l'intermédiaire d'un dispositif élastique, une traction réglable.
Pour évi-
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ter, au démarrage, un ballottement de la niasse de révolu- tion qui, aux grandes vitesses, ne peut plus se produire par suite des effets gyroscopiques, on peut prévoir dans l'évidement du bâti, latéralement par rapport à la liasse de révolution,une couronne de guidage ou une série annu- laire de plots de guidage ne laissant qu'un très faiblejeu entre la partie fixe et la partie tournante;
à titre de va- riante, on peut aussi prévoir deux dispositifs d'assemblage à tenon et nortaise, placés symétriquement par rapport à la masse de révolution"
La description qui va suivre en regard des fige 10 à 12, données à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment ces perfectionnements peuvent être réalisés, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de l'invention .
Les fige 10 et 11 sont deux coupes faites par l'axe de l'arbre manivelle de vibrateurs perfectionnés.
La fig. 12 est une vue de détail du maneton.
Dans le cas de la fige 10, le maneton d porte des liasses d'équilibrage a, b placées de chaque côté du roulement d'entraînement o de la masse de révolution , sa disposition étang étudiée de telle sorte que le centre de gravité de l'ensemble formé par le caneton d, les masses a et b et la bague intérieure du roulement 0 se trouve sur l'axe de l'arbre manivelle.
On voit, sur cette même figure que l'arbre manivelle est composé de deux parties : l'arbre d'attaque proprement dit c qui est parfaitement guidé et un maneton équilibré d entraîné par l'arbre c à l'aide d'un assen- blage par tenon droit c et mortaise r,. (voir fig. 12), orienté de telle sorte que le maneton puisse glisser radialement ----------- perpendiculairement à l'axe de l'arbre c, dans le sens de la force aentrifuge, ces deux
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pièces sont réunies entre elles par un boulonnage élas- tique réalisé de la façon suivante : une tige centrale en acier à haute résistance traverse l'arbre .2. par un trou cylindrique axial permettant un jeu radial.
Elle est vissée, à une de ses extrémités, dans le maneton d; à l'autre bout, elle porte un écrou f qui s'appuie sur l'ar- bre c par l'intermédiaire d'un empilage de rondelles Belleville ; choisies de telle sorte que le serrage obtenu permette une réunion rigide du maneton avec l'arbre, tout en autorisant un glissement du tenon d'entraînement q dans la mortaise r. On conçoit que le disque peut à la fois être entraîné dans son mouvement de rotation et effec- tuer les déplacements latéraux nécessaires à son appui sur la surface de roulement.
Ce montage est complété par un dispositif de guidage qui, au moment du démarrage, Maintient le disque P dans un plan parfaitement déterminé, En marche normale, le disque reste dans un plan sous l'action des effets gyros- copiques et le guidage devient inutile.
Dans l'exemple de la fig. 10, le dispositif de guidage comprend une couronne h ou des petits plots en bronze ou métal de faible coefficient de frottement placés sur le flasque latéral du bâti du vibrateur et sur lesquels peut venir s'appuyer une face du disque. On a réservé entre les deux surfaces de frottement un léger jeu par exemple de 0,1 mm environ. En marche normale, aucun frottement ne subsiste.
A titre de variante, le dispositif de guidage peut être réalisé comme le montre la fig. 11, surtout pour les grandes vitesses de rotation. De chaque côté du maneton est prévu un dispositif d'assemblage par tenon et mortaise semblable à celui qui a été décrit précédèrent; l'un des côtés k est Dateur; l'autre côté 1 monté sur roulements libres est entraîné et sert uniquement au
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guidage. Les deux mortaises m, n étant parallèles, l'on conçoit que l'axe de la masse roulante peut subir uni- quement des translations, toute oscillation étant empêchée par l'appui des tenons sur les faces latérales,des mortaises.
Il reste certain que ces modes de réalisation de l'invention peuvent encore conporter des nidifications de détail, notamment en ce qui concerne la commande de l'arbre moteur, l'agencement des engrenages multiplica- tours, le type de pompe et le dispositif de Graissage, etc., sans sortir pour cela du cdre de l'invention; en outre la ruasse et l'évidement dans lequel elle roule peuvent avoir des formes de révolution différentes; par exemple, la masse peut être sphérique et la surface de révolution cylindrique.
En tout cas, le vibrateur qui vient d'être décrit a été spécialement conçu pour développer des forces alternatives de 65 tonnes la fréquence de 12.000 par minute, l'encombrement du bâti est environ de 700x200x440 millimètres.
Ces chiffres n'ont évidemment que la valeur d'une indication; ils nontrent néanmoins que l'invention permet de construire, sous un encombrement très réduit, des appa- reils robustes et puissants qui-peuvent être évantageusement utilisés pour la vibration des mortiers, bétons auxquels ils confèrent des propriétés de résistance remarquables, sur les châssis de criblage, outils de tassement, etc.,.
Il va de soi que l'invention s'étend à toutes les appli- cations que de tels vibrateurs sont susceptibles de recevoir.
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