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Procédé pour l'accouplement. progressif ot automatique et dispositifs pour Inapplication du procédé.
Les deux buts principaux de tous les accouplements centrifuges à action automatique sont :
1 de rendre possible de démarrage de machines lourdes à fort couple de démarrage au moyen de motrices légères ayant un couple de démarrage faible ou nul (par exemple moteurs asynchrones, moteurs à combustion interne),
2 de réaliser,, conformément à ce qui est demandé dans plusieurs techiniques par exemple la technique textile,, un démarrage très doux, indépendamment aussi des caractéristiques particulières des machines motrice, et conduite.
La réalisation pratique de ces buts implique que l' accouplement solutionne les problèmes principaux suivants a) création d'un réglage automatique des surfaces de 'friction:. b) création d'un refroidissement efficace des surfaces de friction.
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c) réalisation, en régime, d'un fonctionnement sûr exempt de glissement,¯ malgré l'extrême douceur du procédé de démarrage.
Aucun des accouplements centrifuges connus n'est apte à résoudre simultanément les deux premiers problèmes, par conséquent leur fonctionnement manque de sûreté. En outre,¯ ces accouplements sont tous basés sur un principe de fonctionnement qui exclut par soi-même mises à part leurs caractéristiques techniques et constructives, la possibilité d'une solution du troisième problème, et avec elle, la réalisation du deuxième but (démarrage doux).
La raison est la suivante t @
Lorsqu'on désire un démarrage très doux, c'est-à-dir e lent, l'accouplement doit être dimensionné et étalonné de manière à rendre le couple maximum qu'il peut transmettre en régime, de très peu supérieur seulement au couple moteur installé, on obtient de cette façon un couple d'accélération, en phase de démarrage, ayant une valeur très petite et égale à peu près à la différence entre le couple maximum que l'accouplement peut transmettre et le couple de la machine conduite .
A un petit couple accélérateur, correspond un démarrage lent et c'est là la résultat qu'on désire obtenir en certains cas, par exemple dans le cas de nombreuses machines de l'industrie textile. Cependant, quand la douceur de démarrage désirée est obtenue de cette manière, le fonctionnement en régime de l'ensemble une fois le démarrage achevé, n'est jamais sûr, en raison de la petite valeur de la différence qui existe antre le couple maximum que l'accouplement peut transmettre et le couple moteur.
Il se produit en effet su ces cas que, à la suite de la varia- tion que le coefficient de frottement des surfaces peut subir,- sous l'effet de causes secondaires (température, humidité, pous- sières atmosphériques), le premier des deux coupler au lieu d'être légèrement supérieur, devient avec le temps légèrement inférieur au second, ce qui produit un glissement relatif permanent entre -Les arbres moteur et conduit.
Il en résulte un développement de chaleur, une usure des surfaces de friction et la destruction de ces dernières dans un très court délai. Dans ces cas, on constate aussi souvent une
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marche à nombre de tours oscillant de la machina actionnée,. ce qui détermine maintes fois des inconvénients technologiques graves dûs précisément aux accélérations provoquées par ce mouvement oscillant.
Le procédé selon la présente invention conduit au contraire à la solution complète et simultanée des trois problèmes a) b) c) mentionnés ci-dessus. pour cette raison les différents dispositifs, comma par exemple joints,,poulies et appareils semblables,qui servant à la réalisation de ce procédé satisfont effectivement aux. deux buts principaux qui constituent la raison d'être des disposi- tifs de ce genre,
L'invention sera maintenant expliquée en référence aux-dessins annexés qui sont donnés seulement à titre indicatif et. ne limitent pas la portée de l'invention.
La fig.1 représente schématiquement en coupe transversale, un accouplement selon l'invention.
La fig 2 représente, partie en vue et. partie en copupele plan de l'accouplement selon la fig1
Las figures 3 et 4 représentent les caractéristiques d'une motrices. d'une machine entraînée et d'un accouplement dans le cas où l'accouplement sert à réaliser un démarrage doux (fig.3 accouple- ment d'un type connu, fig.4 accouplement selon l'invention).
A l'arbre moteur. 1, est reliée une boite cylindrique 3 nommée carter-. A l'arbre entraîné 2 est relié le moyeu 4, dont la surface périphérique agit comma une surface de frottement passive (surface de frottement solidaire de l'arbre conduit). Les surfaces de frotte- ment actives (surfaces de frottement reliées à l'arbre moteur, commandées par la rotation de celui-ci) sont représantées par deux demi-chaînes 5 enroulées autour du moyeu.4 et. fixées chacune, au moyen d'un goujon 6 ayant préférablement un jeu radial, au carter 3.
11 an résulte une sorte de " frein à ruban " entraîné automa- tiquement par des forces de masses centripètes dépendant de la vitesse de rotation du moteur, forces qui sont créées de la manière décrite ci-après. Le "frein à ruban" possède cependant,, comme il est connu,, la propriété désirée du réglage automatique des surfaces de frottement Cproblème a) et permet en outre de résoudre intégralement la problème b) relatif au refroidissement de ces dernières, car les
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surfaces de frottement ne se trouvent pas ici, comme dans la cas de tous les accouplements connus, contenues à l'intérieur d'une enveloppe ou elles ne peuvent pas être refroidies, mais sont au contraire situées à l'extérieur et en contact da l'air ambiant qui peut aussi, an cas de nécessité,
être mis en mouvement relatif, moyennant les aubes 7, par rapport aux surfaces de frottement, en réalisant ainsi, à partir du premier instant du démarrage, une ventilation forcée directe de celles-ci.
Le carter 3 porte, dans sa zone périphérique, un certain nombre (huit, dans le dessin) de flotteurs légers 8, par exemple en bois, et en outre un liquide préférablement lourd par exemple du mercure, qui, pendant le fonctionnement de l'accouplement, prend, sous 1 action des forces centrifuges, la forme d'une bague dans l'espace compris entre les parois intérieures du carter 3 et les flotteurs 8, inondant la totalité ou bien une fraction de la hauteur de ces derniers.
On connaît le principe de physique selon lequel tout corps solide plongé dans un liquide animé, avec le corps et avec le récipient qui contient le tout, d'une vitesse de rotation, subit par le liquide une force centripète, dont la valeur est égale à celle de la force centrifuge du liquide déplace
De cette force centripète à caractère hydrostatique, il faut déduire la force centrifuge réelle du corps solide en question, la résultanta étant tout justement égale à la différence des deux forces, si la poids spécifique du liquide est supérieur au poids spécifique moyen du corps solide, la résultante aura une direction centripète et tendra à pousser le corps solide radialement vers 1 axa de rotation.. on trouve en nature et dans les procédés de centrifugation industriels, de nombreux phénomènes régis par le principe physique ci-dessus.
A titre d'exemple, on peut citer le cas de la centri fugation d'un liquide contenant d3, petites parties solides d'un poids spécifique inférieur a celui du liquide Il esten effet universellement connu que, dans un cas semblable, les particules solides sont repoussees vers l'axe de rotation Dans ce cas et en d'autres cas similaires, l'effet est cependant exploité dans sa forme brute, c'est-à-dire simplement comme phénomène naturel
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élémentaire.. par contre, il ne semble, pas qu'aient été faites jusqu'à présent dans aucun domaine de la technique, et moins encore dans celai des accouplements automatiques;
. d'autres applications conscientes du principe physique en question, si l'on entend comme -application consciente la création, comme dans la cas de l'invention présente, d' organes mécaniques appropriés régis par les forces hydrostatiques en jeu.
Si l'on considéra que le poids spécifique du mercure est égal à. 13,6 et celui du bois à 0,50 on se rendra compte aisément que les forces centripètes obtenues seront égales aux forces centrifuges de corps composés d'un matériau plus lourd que le plomb, ayant les dimensions des flotteurs 8 sans que de tels corps existent réellement étant donné qu' il s'agit ici précisément de flotteurs très légers, par exemple en bois, et d'une quantité de mercure qui peut être-très petite., si l'on réduit l'intervalle compris entre les flotteurs 8 et le carter 3.
Les flotteurs 8 déchargent leurs propres forças centripètes sur les éléments da la chaîne 5 qui se trouvent en-dessous,, par l'inter- médiaire des tiges 9 qui sont reliées aux éléments des chaînes 5, de façon à exclure le passage de forces qui-ne soient pas rigoureux semant radiales (par exemple au moyen d'un rouleau interposé), Il s' ensuit que les flotteurs 8 ne prennent pas part , à la transmission du coupla de l'arbre moteur à l'arbre entraîné, mais se limitent tout simplement à créer ces forces radiales qui constituent la cause, des forces de frottement tangentielles, grâce auxquelles la transmission du couple se réalise.
les avantages réalisés sont aussitôt évidents si lion pense que,, grâce à cette mesure, le guidage des flotteurs 8 entre le carter 3 devient superflu, étant donné que les flotteurs, n'étant pas en condition de transporter le couple, ne ressentent même ni les chocs ni les à-coups qui peuvent dériver des irrégularités du couple moteur, mais qu'ils sont au contraire toujours en équilibra sous 1 action des forces radiales hydrostatiques dues au mercure d'un côté et das réactions d'appuis, rigoureusement radiales aussi, de 1-'autre,
réactions qui sont déchargées sur chacun d'eux par 11 intermédiaire des rouleaux respectifs de liaison et des tiges 9
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Le procédé de +'invention permet aussi de résoudre le troisième et très important problème c) énoncé, qui consiste dans la concilia- tion d'un fonctionnement sûr et exempt de glissement en régime normal, avec une extrême douceur au démarrage, en adoptant les dispositions suivantes :
Sur une ou sur les deux parois latérales du carter, on applique par soudure une coupe annulaire 10 qui communique avec l'intérieur du carter 3 au moyen d'un certain nombre de trous calibrés 11 placés en correspondance du rayon maximum de la coupe annulaire 10 rayon qui coïncide avec le rayon inférieur de la couronne de mercure qui s' établit en régime dans la zone périphérique du carter 3. A peu près en correspondance du rayon inférieur de la coupe 10 et précisément là où se trouve le couvercle cylindrique 12 traversé par les tiges 9 des flotteurs 8, couvercle qui forme la fermeture de la zone périphérique du carter 3, sont prévues c' amples fentes circulaires 13 qui forment une connexion supplémentaire entra la coupe 10 et le carter 3.
Lorsque l'accouplement est au repos et que la gravité agit perpendiculairement à l'axe de rotation 1, la plus grande partie du mercure se trouve jus- tement contenue dans un segment de la coupe annulaire 10 segment dont la base (niveau du mercure) sa trouve placée au-dessous ou en correspondance du bord inférieur (celui qui a le rayon le plus grand) des fentes circulaires 13. la partie résiduelle du mercure, qui est de beaucoup la moindre, se trouve contenue au contraire dans un segment du carter 3 segment dont le rayon est égal au rayon inté- rieur supérieur du carter et dont la base (niveau du mercure) se trouve à la marna hauteur du niveau du mercure contenu dans la coupe annulaire 10.
Cela est évident si l'on veut bien se rappeler que la coupe annulaire 10 et le carter 3 constituant deux vases communiquant à travers les trous calibrés 11.
Dans ces conditions, il n'existe, lorsque le carter est en repos, aucun problème de tenue du mercure car les deux espaces qu'il occupe sont parfaitement étanches. Aussitôt que le carter 3 se mat en mouvement, la partie plus petite du mercure qui s'y trouve enfer- niée est centrifugée presque immédiatement et occupe, se disposant en anneau, l'espace compris entre le rayon intérieur plus grand du
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carter 3 et la rayon. extérieur des flotteurs 8.
Etant donné que le volume du mercure contenu, quand la carter est immobile, dans l'intérieur de ce dernier, est choisi égal au volume annulaire compris entre ces deux rayons, les flotteurs 8 ne sont pas plongés dans le mercure et par conséquent l'action centri- pâte hydrostatique exercée sur eux est nulle,
L'accouplement reste donc pour le moment libre. La plus grande partie' du. mercure qui, lorsque le carter se trouvait au repos était contenue dans la coupe annulaire 10 est projetée vers la paroi extérieure de la coupe et en conséquence de la pression qui s'y détermine, grâce à l'action des accélérations centrifuges, passe à tra vers les trous calibrés 11 dans l'intérieur du carter 3, couvrant peu à peu. le pourcentage prévu de la hauteur des flotteurs 8 qui y sont contenus.
La durée de ce processus de transvasement dépend évidemment du nombre et du diamètre des trous 11 En proportionnant convenable- ment ces paramètres, on réussit à obtenir toujours la durée que l' on désire.. Quand le transvasement est complet, l'immersion des flot- teurs 8 dans la mercure est cependant telle que le couple que le joint peut transmettre correspond à un multiple très élevé du couple moteur, ce qui exclut naturellement tout danger de glissement permanent
Bien que le joint selon l'invention soit ainsi à régime prati- quement bloqué, le processus de démarrage reste extrêmement doux à.
la suite du lant transvasement du mercure qui réalise ce blocage graduellement et avec la lenteur voulue, de laquelle dépend précisé- ment la douceur du processus de démarrage.
En régime, tout le mercure centrifugé se trouve dans la zone périphérique du carter 3, qui est complètement étanche. par consé- quent, il n'y a pas,, en ces conditions, de problème de tenue comme il n'y en avait pas à. l'état de repos de l'accouplement.. Les problè.- mas de tenue secondaires, facilement résolubles en majeure partie par des moyens connus, peuvent se présenter au contraire dans les premiers instants du processus de démarrage et particulièrement au moment du passage de l'accouplement à l'état de repos.
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Ce dernier problème est déterminé par le fait que, à l'état de repos, le mercure ne peut pas âtre contanu en totalité à l'intérieur du carter 3 sans surpasser le couvercle cylindrique 12, ce qui équivaudrait à sa sortie,mais la plus grande partie doit retourner dans la coupe annulaire 10 laquelle, à travers les petits trous calibrés 11, forme avec le carter 3 un système de vases communiquests où le mercure devrait se situer au même niveau.
Le passage du mercure du carter 3 à la coupe annulaire 10 à travers les trous calibrés 11, exige cependant un temps considérable en raison des petites dimensions de ces derniers. Par conséquent, le niveau du mercure -dans le carter tend à monter aussitôt csue 1 état de centrifugation cesse, ce qui finirait par provoquer la sortie de la plus grande partie du mercure. les amples fentes circulaires 13 pratiquées dans les parois latérales du carter en correspondance du couvercle cylindrique 12 servent justement à éliminer cet incon- vénient, car le retour du mercure dans la coupe annulaire 10 se fait à travers ces fentes dans un temps très réduit et en tout cas très inférieur à la durée du broyage progressif de la zone de mercure centrifugé à l'instant du passage à l'état de repos.
La zone périphérique du carter 3 contient, outre les flotteurs 8 et le mercure, des coins fixas 14 et des coins mobiles 15. Les coins mobiles 15 font partie du mécanisme de rappel des flotteurs 8 de la position de travail à celle de repos. Les ressorts de rappel qui déterminent le passage des flotteurs de la position de travail à celle de repos, aussitôt que l'action hydrostatique centripète du mercure vient à cesser, sont du type à lames.
Les lames 16 sont encastrées d'un côté dans les flotteurs 8 et avec leurs extrémités libres exercent une pression sur les coins mobiles 15. ces lames, avec leur mouvement d'expansion, poussent les coins mobiles radiale- mant vers l'extérieur et les coins obligent aussi les flotteurs et les divers éléments des chaînes 5 à effectuer le même mouvement, ce mouvement continue jusqu'à ce que les flotteurs entrent en contact avec la périphérie du carter. Afin de permettre aux chaînes 5 de suivre ce mouvement radial des flotteurs 8,, il est nécessaire 'de fai- re accomplir le marna mouvement radial vers l'extérieur aux deux goujons de liaison 6 des deux chaînes.
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Ce dernier mouvement se réalise sous l'impulsion des petits ressorts à spirale 17 qui agissent sur les curseurs en bronze 18 contenant les goujons 6 qui se déplacent, radialamen.t entre les fentes ovalisées 19 pratiquées dans les parois latérales du carter 3. Les flotteurs 8 sont en contaat réciproque exclusivement à. travers les coins mobiles 15 et les rouleaux 20 interposés pour réduire le frottement entre les coins 15 et les flotteurs 8, en facilitant de cette façon le mouvement de rappel. Les coins fixes 14 sont reliés au carter 3 par l'intermédiaire des prisonniers 21. ces coins fixes qui ne sont en aucune manière en contact avec les flotteurs 8 jouent le rôle de simples corps de remplissage, ayant pour tâche de limiter la quantité de mercure nécessaire pour le fonctionnement du joint..
La fig.3 sert à illustrer le processus de démarrage lent d'une machine entraînée (courbe 2) par une motrice ayant la caractéristique donnée par la courbe 1 tel qu'il est réalisé moyennant les accouple- ments automatiques connus (caractéristique selon courbe 3). Le but de l'accouplement est, en ce cas, la lenteur du démarrage (problème b) ;
pour cette raison, l'accouplement est dimensionné et étalonné de manière à obtenir l'intersection de sa courbe caractéristique 3 avec la courbe 1 de la motrice en un point à qui se trouve seulement un peu au-dessus du point B d'intersectin de la courbe 2 de la machine entraînée avec- la courbe 1 de la motrice et qui correspond au fonctionnement stationnaire une fois le démarrage accomplie
De cette façon,, le couple accélérateur en phase de démarrage est donnée en fonction du nombre de tours,, par les segments d'or donnée a-a compris entre la courbe 2 de la machine entraînée et la parallèle A-Ao à l'axe des abscisses.
Quand au contraire le démar- ragé est fait sans accouplement,. le couple accélérateur est représenté par les segments d'ordonnée b-b compris entre la courbe 1 du moteur et la courbe 2 de la machine entrainés
On voit clairement de la fig,l que le couple accélérateur est dans le premier cas inférieur à celui du second, et que par conséquent le démarrage s'ensuit grécs à l'emploi du joint, plus doux que sans celui-ci.. on voit encore que pour rendre les couples accélérateurs a-a aussi petits que.possible, il est convenable de rapprocher le
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plus possible le point A du point B,
cest-à-dire de rendre le couple maximum transmissible par le joint CA seule ment peu supérieur au couple de régime CB En rapprochant trop CA de CB on court toute- fois le risque que, pour les causes accidentelles déjà mentionnées qui ont une influence sur le coefficient de frottement, le couple maximum transmissible par le joint ne devienne avec le temps infé- rieur à CB en prenant la valeur CA qui correspond à l'intersection 1A de la nouvelle courbe 31 du joint avec la courbe 1 de la motrice.
En conséquence de cela, il se produit un glissement permanent de valeur n qui détermine bientôt la destruction des surfaces de frottement du joint.
La seule manière d'éviter cet inconvénient est de faire CA considérablement supérieur à CB en renonçant ainsi à la plus grande partie de la douceur de démarrage obtenue grâce au joint.
La fig.4 sert à illustrer le processus de démarrage lent d'une machine entraînée (courbe 2) par une motrice ayant la caractéristique indiquée par la courbe 1, ainsi qu'il résulte de l'application de 1' accouplement réalisant le procédé de l'invention. Grâce a ses parti- culières caractéristiques de fonctionnement, la caractéristique stationnaire de l'accouplement représentée par la courbe 3V s'établit non pas immédiatement au moment du démarrage,, mais graduellement après le temps t = to et reste telle jusqu'à ce que dure le mouvement t = t = @ o
Au premier instant du démarrage t = O le joint reste complète- ment fou pour n'importe quelle vitesse de la motrice, c'est-à-dire que sa caractéristique coïncide avec l'axe des abscisses :
par consé- quent, la motrice accélère très rapidement étant privée de toute charge, tandis que la machina entraînée reste immobile. A mesure que le temps s'écoulât la courbe caractéristique 3 du joint passe gra- duellement de 3o à 31 311, 31113IV jusqu'à atteindre la position 3v Dans l'instant où (t = t1) la courbe caractéristique de l'accou-- plement vient à couper la courbe 1 de la motrice au point C auquel correspond le même couple C = C que la machine entraînée exige à 1' instant de sa mise en marchas cette dernière se met à tourner lente- ment..
La valeur da l'accélération qui se produit,pendant que le nombre des tours de la machine entraînée passe de n=o à n =nB
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(régime stationnaire), peut être réduite à volonté en réglant le temps qui s'émouls entre l'instant t = 0 de la mise en marche de la motrice et l'instant t = to dans lequel le joint atteint sa courbe caracté- ristique définitive 3V cette courbe caractéristique peut être telle que le couple maximum transmissible en définitif par le joint, au nombre de tours de régime n nB soit de beaucoup supérieur au couple Cb demandé par la machine entraînée à un tel régime,, en excluant ainsi de la manière la plus absolue toute possibilité de glissement une fois le démarrage accompli et sans renoncer pour cela à une extrême douceur de démarrage.
EMI11.1
R B V E N D I à A T I O 1( S A. Procédé pour obtenir un accouplement progressif et automati- que entre l'arbre d'une motrice quelconque et celui d'une machine entraînée quelconque, fondé sur l'action de forces de masse dépendant du nombre de tours de l'arbre moteur et sur celle des forces de friction engendrées par les premières et agissant entre deux ou plu- sieurs surfaces solides,, ayant respectivement la vitesse de rotation des arbres moteur et entraîné, ou bien des vitesses proportionnelles à celles-ci,, caractérisé en ce que les surfaces de frottement actives, à savoir celles ayant une vitesse-de rotation égale ou proportionnelle à la vitesse de l'arbre moteur et se trouvant exposées à travers des organes appropriés animés par la même vitesse, à l'action des forces de masse, sont constituées par des rubans,
des chaînes ou des organes analogues,, enroulés, sans y être reliés, autour d'un corps cylindrique solidaire avec l'arbre entrainé et poussant,, en conséquence de cette action, contre sa surface périphérique dans une direction convergeant vers la centre avec des forces dont la grandeur dépend non seulement du nombre de toursde l'arbre moteur, mais aussi du temps, ledit pro- cédé étant caractérisé aussi par le fait que des moyens quelconques, sont prédisposés pour provoquer l'action voulue dans la direction désirée, c'est-à-dire dans celle qui converge vers le centre,, quoique les forces centrifuges soient dirigées dans le sens opposé.
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