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La présente invention concerne la transformation d'une puissance motrice produite sous la forme d'une rotation continue en une série de chocs ou d'impulsions rotatifs, autrement dit en une puissance discontinue se tra- duisant par des couples successifs répétés beaucoup plus élevés que le cou- ple donné par la force motrice continue d'origine.
Ceci s'applique particulièrement aux machines destinées à serrer et desserrer les écrous ou les vis par le moyen de chocs ou percussion ro- tatifs répétés, machines généralement appelées clés à percussion, mais peut s'appliquer aussi à d'autres outils.
Dans les systèmes actuellement connus, la pièce de choc ou mar- teau rotatif, est animée, au moment de la percussion, d'une rotation d'une translation axiale. Il y a donc, en même temps qu'un choc rotatif, un choc axial qui représente une énergie non utilisée.'Un des buts dé la présènte invention est la suppression du choc axial ce qui est obtenu par la'trans- formation, avant le choc, de l'énergie axiale du marteau en énergie rotative.
Le dispositif suivant l'invention comprend, suivant l'art connu, un porte-outil, ou porte-clé de serrage, pouvant tourner dans un palier et portant du côté opposé à l'outil des crans pouvant entrer en contact avec des crans similaires du marteau rotatif, pour transmettre les chocs angu- laires de ce dernier.
Ce marteau rotatif est animé d'un mouvement de rotation discon- tinu en même temps que d'un mouvement axial. Mais suivant l'invention, le marteau rotatif est mécaniquement lié à l'arbre moteur de telle façon que son mouvement axial ait une vitesse nulle à l'instant où sa vitesse angulai- re atteint son maximum, de telle sorte que toute l'énergie cinétique contenue dans ledit marteau rotatif est utilisée pour le choc angulaire de ce dernier sur le porte-outil.
A cet effet, le marteau rotatif est relié au moteur donnant la puissance continue par un système de bielles à rotules qui permet audit marteau de prendre un mouvement rotatif pendulaire. Dans un pendule simple soumis à la pesanteur, on sait que la composante verticale de la vitesse de la masse est nulle quand la composante horizontale, de cette même vitesse, est maximum. Les bielles qui relient notre marteau rotatif au moteur en rotation continue, jouent le même rôle que le fil du pendule. De plus, le mouvement du marteau rotatif étant uniquement déterminé par les bielles de suspension et par le ressort antagoniste, il n'existe en principe aucun frottement autre que ceux des articulations de ces bielles. Le marteau rotatif cependant guidé axialement, afin que la pesanteur ne modifie pas son mouvement quelle que soit la position de la machine dans l'espace.
.Deux formes d'exécution préférées du dispositif ont été décrites ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif en référence au dessin ci-annexé dans lequel :
La figure 1 représente une vue en coupe de la machine suivant son axe.
La figure 2 représente la même coupe, avec une position différente du marteau rotatif.
La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 1 ou suivant la ligne IIIa-IIIa de la figure 2.
Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de la même machine permettant de voir le mouvement des bielles.
Les figures 6 et 7 sont des vues schématiques d'une autre forme d'exécution de la machine.
La figure 8 représente en coupe longitudinale un détail d'une variante.
Sur la figure 1; on voit le porte-outil 1 qui peut tourner dans
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un palier 2.
L'extrémité gauche du porte-outil 1 se termine par un carré 3, ou une queue à clavette, pouvant recevoir une clé de serrage, un tournevis ou tout autre outil devant être actionné par percussions rotatives. L'autre extrémité porte deux crans d'embrayage tels que 4 et 4a diamétralement opposés.
Le palier 2 est porté par un carter 5 monté en bout du corps 6. Le corps 6 contient un moteur 7 donnant une puissance en rotation continue à couple constant, c'est-à-dire avec une force de rotation constante.
Le moteur 7, dont le type est indifférent au regard de l'invention, peut être électrique, de tout type connu, ou pneumatique, d'un type connu à couple constant ou approximativement constant.
Si la machine doit être portative, ce qui est le cas le plus fréquent, le moteur 7 doit être à la fois léger et peu encombrant, donc à grande vitesse de rotation. Il est relié au mécanisme de l'invention par un réducteur de vitesse tel que 8, qui peut être aussi d'un type connu et qui a pour but de ramener la grande vitesse de rotation du moteur 7 à une vitesse compatible avec le mécanisme du marteau rotatif; par suite le couple continu du moteur 7 est transformé en un autre couple continu plus puissant avec vitesse plus faible, qui est transmis à l'arbre central 9.
Il est évident que si l'on dispose d'un moteur 7 à faible vitesse et de puissance suffisante, on pourra supprimer le démultiplicateur 8. Sur la figure 1 le démultiplicateur représenté est du type épicycloîdal. Il peut être de tout autre type connu sans qu'on sorte pour cela du cadre de l'invention. Par la suite, nous appellerons l'arbre 9 l'arbre moteur; c'est le seul à considérer dans l'explication de l'invention.
Cet arbre moteur 9 est guidé d'un côté par un palier 10 et de l'autre par une queue 11 qui peut elle-même tourner dans le porte-outil 1.
Dans le carter 5 est logé le marteau rotatif 12. Ce marteau porte à l'avant deux crans 13 et 13a diamétralement opposés. Ces crans peuvent venir angulairement en contact avec les crans 4 et 4a du porte-outil 1, tout en laissant angulairement un jeu aussi grand que possible entre eux-mêmes et lesdits crans 4 et 4a.
A l'arbre-moteur 9 sont fixées des rotules 14 et 14a et au marteau rotatif 12 sont fixées des rotules 15 et 15a.
Un ressort 17 sollicite en permanence le marteau rotatif 12 vers l'avant de la machine. Entre le ressort 17 et la masse 12 est intercalée une butée à bille 18, dont la présence est rendue utile par le fait que la masse 12 n'a pas toujours la même vitesse de rotation que l'arbre 9. Dans le cadre de l'invention, une telle butée à billes, au lieu d'être intercalée entre le ressort 17 et la masse 12, pourrait être intercalée entre le ressort 17 et l'arbre 9.
Les rotules 15 et 15a sont fixées sur une pièce annulaire intermédiaire 19, elle-même montée à rotation sur la masse 12 autour de pivots 20, que l'on voit sur les figures 2 et 3, et dont l'axe est perpendiculaire au plan de coupe de la figure 1. Cette pièce intermédiaire pivotante 19 permet d'équilibrer les tractions des deux bielles 16 et 16a, même au cas ou elles ne seraient pas exactement de même longueur, et cela sans donner naissance à une réaction latérale sur la masse 12. Bien entendu, dans le cadre de l'invention les rotules 15 et 15a pourraient être fixées dirctemate sur la masse 12.
A la figure 2 on voit les mêmes pièces indiquées par les mêmes repères. Mais le marteau ou masse 12 est représenté dans une position reculée vers l'arrière, le ressort 17 étant davantage comprimé.
Les figures 4 et 5 correspondent respectivement aux positions des organes dans les figures 1 et 2. Mais le dessin en est simplifié et
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limité aux organes principaux. Les repères de ces organes étant les mêmes que celui des figures 2 et 4, on peut suivre l'explication du fonctionnement sur quatre figures.
Ce fonctionnement est le suivant :
Dans les positons des organes correspondant à la figure 1 on voit que, la tension du ressort maintenant la masse 12 dans sa position la plus avancée, les bielles 16 et 16a sont sous tension et par conséquent parallèles à l'arbre moteur ou dans des plans radiaux de l'arbre moteur.
Les crans 13 et 13a de la masse 12 sont engagés entre les crans 4 et 4a du porte-outil 1.
Si l'arbre 9 tourne dans le sens de la flèche F et si le porteoutil 1 ne rencontre pas de résistance par sa queue 3, tout l'ensemble tourne en même temps et les positions relatives de toutes les pièces restent . celles de la figure 1. La vitesse de l'arbre moteur 9 est donc transmise au porte-outil 1. Il en sera ainsi aussi longtemps que la résistance opposée par l'outil sera faible et inférieure à la force de rotation ou couple donnée par l'arbre moteur 9, à condition cependant que le ressort 17 ait une tension assez forte (fig. 4).
Ce sera par exemple le cas quand le porte-outil 1, muni d'une clé de serrage fera tourner un écrou se vissant librement sur une tige filetée dans le sens du vissage qui est celui de la flèche F de la figure 5. friand la résistance à la rotation rencontrée par le porte-outil 1 devient plus forte, une pression prend naissance entre les crans 4 et 13 et entre les crans 4a et 13a. Cette pression tend à' ralentir le mouvement de rotation de la masse 12 par rapport à celui de l'arbre moteur 9 dont la vitesse est constante.
Cette différence des vitesses de rotation fait dévier les bielles 16 et 16a qui ne restent pas dans des plans radiaux de l'arbre moteur comme dans la figure 4 mais qui se rapprochent de la position de la figure 5, c'est-à-dire prennent une position inclinée par rapport auxdits plans radiaux.
Ce mouvement d'inclinaison des bielles déplace la masse 12 vers l'arrière, en comprimant davantage le ressort 17.
Si la résistance opposée au porte-outil 1 augmente encore, le déplacement de la masse 12 devient encore plus grand : les crans 13 et 13a de la masse 12 pourront se dégager des crans 4 et 4a du porte-outil, et il y aura débrayage entre la pièce 12 et le porte-outil 1.
Supposons maintenant que dans la position de la figure 1 ou figure 4, la résistance soit telle que le porte-outil 1 ne puisse plus tourner du tout,ce qui correspond au cas où l'écrou, ayant parcouru par vissage une certaine distance sur la tige filetée, vient s'arrêter contre la pièce à serrer. La pièce 1 ne tournant pas, la masse 12 ne peut pas tourner, les bielles 16 et 16a s'inclinent rapidement, la masse 12 est tirée aussi rapidement vers l'arrière, c'est-à-dire dans le sens de la flèche 6 de la figure 5, et elle comprime le ressort 17 jusqu'à ce que les crans 13 et 13a se soient dégagés des crans 4 et 4a restés fixes.
Ayant pris ainsi une vitesse axiale vers l'arrière la masse 12 continue, sous l'effet de son inertie, son mouvement vers la droite, toujours en comprimant davantage le ressort 17 et cela même après que les crans aient été débrayés.
Cependant l'inclinaison des bielles (figure 5) produit une force de rotation sur la masse 12. Sous l'influence de l'accélération de rotation donnée par cette force, la masse 12 a tendance à prendre une vitesse de rotation égale à celle de l'arbre 9 et en même temps la vitesse axiale vers la droite tend à diminuer sous l'effet de la compression du ressort. Quand
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la masse 12 aura pris la vitesse de rotation de l'arbre moteur 9, sa vitesse axiale sera nulle et les bielles seront inclinées au maximum comme sur les figures 2 et 5.
La masse 12 aura alors parcouru dans le sens de l'axe une distance 1. supérieure à la hauteur des crans 4 et 13. Le ressort 17 sera comprimé a son maximum.
On voit donc que dans la position figure 5, la masse 12 a une vitesse angulaire égale à celle de l'arbre 9 et qu'une certaine quantité d'énergie se trouve accumulée dans le ressort 17.
Ce ressort va maintenant se détendre puisque la masse 12 ne rencontre devant elle vers la gauche aucune résistance axiale. Pendant ce mouvement de retour, les bielles 16 et 16a ont tendance à reprendre une position parallèle à l'axe, ce qui communiquera à la masse 12 un mouvement de rotation relativement à l'arbre 9 de sens contraire à celui qui s'est produit pendant le déplacement vers la droite. Autrement dit, la masse 12 prend une vitesse de rotation absolue supérieure à celle de l'arbre 9. Quand les bielles seront de nouveau parallèles à l'axe, la vitesse angulaire de la masse 12 sera très supérieure à celle de l'arbre, tandis que sa vitesse axiale sera à nouveau nulle.
Si, à cet instant, l'arbre moteur 9 a fait un demi-tour, le cran 13 du marteau 12 va venir rencontrer le cran 4a du porte-outil, diamétralement opposé au cran 4 avec lequel il était en contact à l'origine, et le cran 13a vient en ;contact avec le cran 4.
Gomme la vitesse angulaire du marteau 12 est alors très grande, il se produit un choc très violent sur les crans 4 et 4a du porte-outil, choc qui produit une rotation d'un angle d'autant plus faible que la résistance rencontrée par l'outil est plus grande.
Après le choc, le même cycle recommence, la rotation du marteau 12 étant arrêtée.
Bien entendu, il est nécessaire, pour obtenir ce résultat, de choisir judicieusement les différentes caractéristiques des organes décrits.
Les principales caractéristiques qui déterminent le mouvement complexe du marteau 12 sont :
1 ) la longueur des bielles 16 et 16a;
2 ) la distance des rotules 14 et 14a à l'axe du système.
Ces deux caractéristiques déterminent la relation cinématique entre le mouvement axial et le mouvement angulaire du marteau 12, la vitesse axiale étant nulle quand les bielles sont parallèles à l'axe.
3 ) la force du ressort 17 et sa flexibilité.
4 ) la masse proprement dite du marteau 12.
5 ) le moment d'inertie du marteau 12 autour de son axe.
Ces trois dernières caractéristiques déterminent les énergies cinétiques axiales et angulaires du marteau 12. Lorsque les bielles sont parallèles à l'axe, l'énergie cinétique axiale et l'énergie emmagasinée par le ressort 17 ont été entièrement transformées en énergie cinétique angulai- re, cè qui assure le rendement maximum au choc angulaire final.
Ces caractéristiques seront choisies de telle sorte que le mouvement d'aller et retour du marteau 12 soit effectué pendant un temps légèrement inférieure à celui que met l'arbre 9 pour faire un demi-tour.
Dans ces conditions, si l'arbre 9 tourne par exemple à 600 tours par minute, il se produira 1.2Or chocs angulaires par minute, soit 20 par seconde, quand le porte-outil 1 rencontre une très grande résistance.
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Toutefois, en raison du mouvement pendulaire de la masse, des écarts relativement importants par rapport à un demi-tour n'affectent que légèrement la vitesse angulaire du marteau à l'instant du choc, ce qui per- met une assez grande marge pour le réglage et pour la position relative du porte-outil.
Un bon choix des caractéristiques peut permettre d'obtenir que la masse 12 ait à l'instant du choc une vitesse angulaire deux fois et demie ou trois fois plus grande que la vitesse angulaire constante de l'ar- bre moteur 9.
Tout ce qui vient d'être expliqué se rapporte au sens de rotation de l'arbre 9 indiqué par la flèche F à la figure 5 et, par suite, à des chocs angulaires répétés dirigés dans le sens du serrage d'un écrou fileté normale- ment, c'est-à-dire avec pas à droite.
Toutes les explications sont les mêmes si l'arbre moteur 9 tourne en sens inverse. Les chocs angulaires sont aussi dirigés en sens inverse, et 1'inlinaison des bielles se produit dans l'autre sens relativement à l'axe de la machine. Ce sens de rotation sera celui du desserrage d'un écrou normal.
Il suffira pour cela d'inverser le sens de rotation de l'arbre 9.
Cette inversion peut être obtenue, soit par un changement de mar- che à engrenages, lequel pourra être combiné avec le démultiplicateur 8 suivant tout système connu, soit en utilisant un moteur 7 reversible, c'est-à- dire pouvant tourner dans les deux sens à la même vitesse en donnant la même puissance. Ledit moteur peut être électrique, pneumatique ou hydraulique, d'un type connu.
Les articulations 14, 14 15 et 15a coopérant avec les extrémités des bielles 16, peuvent avoir toute forme permettant aux bielles de prendre toutes les positions autour de leur point d'articulation sans qu'il en résulte une nouvelle invention. Les figures 1 et 2 représentent une forme d'articulation, mais non toutes les formes possibles qu'un homme de l'art pourrait imaginer. Sur les figures 1 et 2, l'arbres moteur 9 porte des boules pleines 14 et 14a qui sont coûtées par les extrémités des bielles, creusées en demi-sphères épousant les boules.
Afin que la force centrifuge à laquelle les bielles 16 sont soumises pendant leur rotation ne puisse déboiter les bielles de leur articu- lation, les demi-sphères creuses des bielles sont inclinées, de telle sorte que la tension duressort empêche le déboîtement lorsque les bielles se trouvent dans une position parallèle à l'axe.
Quand les bielles sont inclinées, la traction oblique qui est la conséquence de cette inclinaison empêche le déboitement.
Ces résultats pourraient être obtenus avec un autre système d'articulation, par exemple avec des cardans à la place des rotules.
Le nombre des bielles n'estpasnécessairement de deux. Ilpeut être plus grand. Maisnous avens vu qu'avce deux, bielles,la tension sur chacune des deux., même si les bielles ne sont pas exactement de même longueur, est équilibrée à condition qu'on dispose une pièce intermédiaire 19 portait les articulations de bielles 15 et 15a, cette pièce 19 pouvant elle-même légèrement pivoter autour d'un axe perpendiculaire au plan de la figure 1, par des picots tels que 20 (figure 2).
S'il y a plus de deux bielles, on ne peut utiliser ce moyen pour équilibrer la tension sur toutes les bielles. Dans ce cas, les articulations 15 sont portées directement par le marteau 12, sans pièce intermédiaire articulée 19. Mais alors il est nécessaire de donner à chaque bielle une certaine élasticité en longueur pour répartir la tension du ressort 17 entre toutes les bielles.
Une autre forme d'exécution représentée schématiquement aux figures 6 et 7 consiste à relier la pièce intermédiaire 19 au marteau 12 par
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deux autres bielles 21 et 21a analogues aux bielles 16, 16a. Dans ce cas, les bielles 16, 16a seront deux fois plus courtes; les bielles 21, 21a ajoutées entre la pièce 19 et le marteau 12 seront de marne longueur et leurs articulations sont décalées de 90 par rapport aux premières.
On obtient ainsi 3'égalité de tension sur les quatre bielles et la longueur totale du système ne sera pas changée.
Toutefois, le mouvement pendulaire du marteau 12 sera modifié et on devra en tenir compte pour le réglage des différentes caractéristiques.
On voit à la figure 7 la position priser par les différentes bielles lorsque l'arbre 9 tourne dans la direction de la flèche F et que le marteau 12 a reculé dans le sens de la flèche G.
Dans toutes les formes d'exécution de la machine, le mouvement axial alternatif du marteau 12 produit des réactions axiales alternatives sur le corps 6 de la machine, et ces réactions sont transmises aux mains de l'opérateur dans le cas où la machine est portative. Ces réactions peuvent être diminuées de la façon suivante, comme représenté à la figure 8 :
Le marteau 12 sera construit en 2 pièces 12a et 12b :la première 12a portant les crans 13 et 13a et les rotules des biellettes ou les pivots de la pièce 19. Elle sera aussi légère que possible. L'autre pièce 12b sera montée à coulissement sur la première au moyen de glissières longitudinales 22, 22a. Des butées latérales 23, 23a empêchent tout mouvement longitudinal de cette seconde pièce 12b/.
De cette façon, le moment d'inertien total des deux pièces 12a et 12b autour de leur axe sera. le même que celui du marteau 12 précédemment décrit. Mais les inerties-masse axiales seront beaucoup plus faibles et ne transmettront que de faibles réactions à l'opérateur.
REVENDICATIONS.
1. - Machine rotative à percussion dans laquelle un moteur à rotation continue entraine une masse rotative formant marteau rotatif, ladite masse rotative étant montée à coulissement axial par rapport à l'arbre moteur qui l'actionne et à pivotement autour dudit arbre moteur entre deux positions angulaires relatives prédéterminées, de façon que des crans solidaires de cette masse puissent, par coulissement de ladite masse, se placer entre des crans analogues solidaires d'un porte-outil rotatif et.
puissant, par rotation de ladite masse, frapper transversalement ces derniers crans lorsque la masse prend par rapport à son arbre moteur un mouvement alternatif de coulissement et de rotation sous l'effet alterné des résistances rencontrées par l'outil et de la détente d'un organe élastique accumulateur d'énergie qui se.tend lorsque l'outil rencontre une résistance, ladite machine étant caractérisée en ce que ladite masse rotative (12) est reliée à son arbre moteur (9) par l'intermédiaire de bielles (16, 16a) à articulation (14, 14a, 15, 15a) du genre sphérique ou universel, qui sont en position tendue dans des plans radiaux de l'arbre moteur quand la masse rotative (12) est parvenue à sa position d'élongation axiale maximum en direction du porteoutil (1) par l'effet de détente dudit organe élastique (17),
et qui sont en position inclinée par rapport aux plans radiaux dudit arbre moteur (9) lorsque les crans (13, 13a) de la masse rotative (12) sont dégagés de ceux (4, La) du porte-outil (il et que l'organe élastique (17) précité est alors à l'état tendu.