Dispositif destiné à. produire le déplacement d'un organe en fonction d'une vitesse angulaire. La présente invention a pour objet un dispositif lcent-rifuge destiné à produire le déplacement .d'un organe en fonction d'une vitesse angulaire et. pouvant, par suite, être utilisé soit comme indicateur, soit comme régulateur de vitesse.
Suivant l'invention, l'arbre dont on veut mesurer ou régler la vitesse, entraîne, dans sa rotation, une .cage contenant des masses, qui, sous l'influence des farces centrifuges, agissent sur la surface intérieure d'un corps creux et déterminent sa rotation autour d'un axe en antagonisme avec un système de rap pel.
Diverses formes d'exécution de l'objet :de l'invention ont. été indiquées, à titre,d'exem ple, aux dessins annexés.
La..fig.1 est une vue schématique en coupe élévation d'un dispositif avec rotation du corps creux ou camoide autour d'un axe per pendiculaire à l'axe -de rotation de la vitesse à mesurer ou à régler; La fig. 2 est une vue en élévation à 90 de la fig. 1 de la cage contenant les billes; La fig. 3 est une vue en profil de l'or gane camoïde sur lequel agissent les billes; La fi-. 4 est une coupe transversale de cet. organe; .
La fig. 5 montre une variante du ca- moïde ou corps creux; La fig. G est une vue schématique mon trant l'application à un régulateur; La fig. 7 est un schéma géométrique à l'appui des calculs des formes de camoïde; La fi* 8 est une vue schématique en coupe -d'un dispositif à action .directe des billes, dans lequel la surface sur laquelle ap puient les billes, est susceptible sous leur ac tion, de tourner autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation de la vitesse à mesurer ou à régler, ou même coïncidant avec lui.
Dans la forme -d'exécution représentée en fig. 1, l'arbre 1 entraîne une cage 2 conte- izant un certain nombre de billes telles que 3 qui, sous l'action des forces centrifuges résultant de la rotation de l'arbre 1, pres sent sur la surface intérieure d'un camoïde 4, en forme de corne ou de cor ,de chasse,
aux points Pi et P2. Il en résulte des cou- ples-de forces Fi et F2 de bras de levier OHi et OH2 qui tendent à faire tourner dans le sens de la flèche f le camolde 4 autour d'un axe 5, perpendiculaire à l'axe de l'ar bre 1 et monté dans deux paliers 6 (fig. 3).
Le camoïde tend à être constamment rap pelé en sens inverse de la flèche f par un ressort 7, :constitué, par exemple, par un ressort spiral à section rectangulaire, enroulé dans un plan, avec spires non jointives et point d'appui en 8 sur une platine de l'ap pareil.
Dans ces conditions, le camoïde 4, sous l'action -des :billes, tournera d'un certain an gle autour de l'axe 5, dans le sens -de la flèche f, jusqu'à ce qu'il y ait équilibre en tre le couple total dû aux .forces centrifuges et le :couple -dû à la tension du ressort. La position d'équilibre peut être indiquée, par exemple, par une aiguille 10 tournant avec le camoïde 4 et se déplaçant .devant une gra duation fixe 11 (fig. 1).
Au contraire, dans le mode -d'exécution représenté en fig. 5, la graduation 12 est portée par le bord du ea- moïde, et se -déplace devant un index fixe 13.
Pour obtenir un bon fonctionnement de l'appareil, il y a intérêt à ce que le système de billes soit équilibré par rapport à l'axe de l'arbre 1. Pour obtenir -ce résultat, on pourra donner à la cage 2, par exemple, la forme en croix représentée en fig. 2, .les billes 3, en nombre quelconque, étant disposées dans des rainures 14 et 15 perpendiculaires l'une à l'autre. Plus généralement d'ailleurs, les billes pourront être disposées -dans des ca naux en nombre quelconque, disposées radia- lement .et faisant des angles égaux entre eux.
La. forme de la surface interne du ca- moïde est telle que la rotation dudit camoïde autour de l'axe 5 en antagonisme avec le ressort 7 soit une fonction donnée de la vi- tusse de l'arbre 1. Un cas particulièrement in téressant est. celui où le -camoïde tourne d'un angle proportionnel à la vitesse -de l'arbre 1, le ressort 7 .donnant un couple proportion nel à la torsion.
Il y a d'ailleurs intérêt, pour assurer un retour certain du dispositif indi cateur au zéro, quand l'arbre 1 s'arrête, à donner au ressort 7 un certain bandé initial; il devra en être tenu compte dans. la forme du camoïde .et le couple dû aux forces cen trifuges sera ainsi, en fonction de la. vitesse angulaire zv de l'arbre 1, de la. forme <I>a</I> -I- bw, tout au moins si 7c n'est pas trop faible.
Pour éviter que, dans ses déplacements, la paroi du camoïde 4 ne vienne rencontrer l'arbre 1, on a ménagé dans cette paroi une échancrure 16 (fig. 3 et 4) permettant -de laisser passer !cet axe sans que les billes puis sent s'échapper.
Pour une position déterminée du ca.- moïde, les billes entraînées par l'arbre 1 por tent sur un chemin de roulement sensible ment circulaire.' Néanmoins, il peut y avoir avantage à donner à ce chemin une forme lé gèrement différente du cercle et représentée en fig. 4. Ainsi qu'on le voit, ce .chemin pré sente, de part et d'autre de l'échancrure 16. des lèvres 17 sensiblement tangentes à la. trajectoire de la bille au moment où elle franchit l'échancrure, -de manière à .éviter à. ce moment tout ressaut des billes.
En outre, à. 180 de l'échancrure, le profil du ca- moïde présente une légère :dépression 18 telle que la. bille 3', symétrique de la bille 3 qui est devant l'échancrure 16, subisse un léger mouvement excentrique symétrique de -celui que subit la bille 3, de manière à con server l'équilibrage du système de billes. La forme de la lèvre 17, et par suite celle de la dépression 18, dépendant notamment de la position du camoïde par rapport à la cage à billes et varient le long du camoïde.
Le reste du profil du camoïde est circu laire.
La fig. 6 montre une application d'un dispositif conforme à l'invention au dépla- cernent d'un volet pour réaliser automatique ment une régulation, le dispositif étant ainsi utilisé comme régulateur.
Le .camoïde 4, mobile autour de l'axe 5, commande, par le système de bielles 19, 20, 21 un volet 22 qui permet plus oumoins le passage d'un fluide, par exemple le passage de la vapeur alimentant un cylindre de mo teur à vapeur.
Il est évident que les applications -de l'appareil à l'indication ou à la régulation de la vitesse peuvent prendre les formes les plus .diverses.
La fig. 7 est donnée à l'appui -du calcul du profil du camoïde.
On supposera, pour simplifier, que les billes sont :identiques, et au nombre -de deux, et -que leurs rayons sont négligeables. Les billes se réduisent alors à :deux points pe- #;a,nts Mi et<I>1T12,</I> soumis aux forces .centri.- 1.'uges produites par la rotation de l'arbre 1 et: appuyant respectivement en Mi et M2 sur les branches Ci et C2, sections planes du cam6ïde par le plan équatorial. On suppo sera que Mi. M2 est perpendiculaire à l'axe de l'arbre tournant et passe par l'axe 0.
Soient Vi et V2 les angles -de la droite Mi J12 avec les tangentes Mi Ti et 1y12 <I>T2</I> aux branches Ci et C2.
On montre par la géométrie analytique, que la condition NiH <I>=</I> H11112 nécessaire pour l'équilibrage conduit<B>l</B>à la relation:
EMI0003.0022
où pi et oz,. désignent les rayons vecteurs is su. de 0 .et aboutissant aux branches Ci et C2.
Dès lors, les .couples d'axe 0 dus à cha cune des billes sont égaux, et l'on a, pour le couple total C, d'axe 0 la valeur:
EMI0003.0025
en désignant par m la masse de chacune des billes, par U la vitesse angulaire .de l'arbre l., par<I>r</I> la distance HMi variable quand le camoïde tourne autour de l'axe 0.
Si l'on écrit -que le couple dû au ressort antagoniste de la forme<I>KU, K</I> étant une constante, c'est-ù dire p.roportionel à la vitesse angulaire de l'arbre 1, et que, en même temps, il est proportionnel au déplacement angulaire de l'arbre 1, c'est-à-dire de la -forme pTIV, <I>p</I> .étant une constante et<I>W</I> l'an gle de rotation du camoïde pour la vitesse U, on obtient pour équation de la branche C2 en coordonnée polaire;
EMI0003.0034
a étant une constante qui dépend .des condi tions initiales et d représentant le vec teur<I>OH.</I>
L'équation de la -branche Ci s',o@btient d'une manière sensiblement analogue.
Les courbes que l'on obtient en tenant compte du bandé initial et du rayon des billes dérivent des précédentes.
Dans l'emploi de l'appareil comme régu lateur de vitesse, un cas intéressant est ce lui où l'on recherche l'isochronisme, soit U = Uo constante la valeur que doit conser ver la vitesse.
D'une manière générale, l'équation en coordonnées polaires clé la branche C2 sera:
EMI0003.0041
Si le couple antagoniste -est une fonction, f (W), de l'angle de rotation W du camoïde autour de l'axe 0.
En, particulier, si le couple antagoniste est, .comme précédemment, égal û pW, cette équation différentielle sera: <I>(5) 2m</I> U20 (p-d) dp <I>=</I> pW dTT' dont l'intégrale générale est:
EMI0003.0055
D étant une constante d'intégration.
Dans le cas où, à l'origine, les billes sont très rapprochées de l'axe, cette conc- tante est sensiblement nulle et l'on a sensi blement:
EMI0004.0002
La branche cherchée C2 est alors sensi blement une spirale d'Archimède, et l'on a des, résultats analogues pour la branche Ci.
Pratiquement d'ailleurs, on s'efforcera. de se -rapprocher -de l'isochronisme sans le re chercher complètement.
La fig. 8 concerne un schéma relatif à un mode d'action directe des billes provo quant la rotation de la surface d'appui au tour d'un axe S parallèle à l'axe d'entraîne ment de la cage, voire même en coïncidence avec celui-ci.
Les courbes hachurées 23 et 24 sont fixes et en forme d'arcs de cercle de centre S; elles sont raccordées par une courbe 25. La courbe 23p, <B>26,</B> 24p est formée de la partie circu laire 23w de centre S, susceptible de s'ap pliquer sur la courbe 23, puis de la. courbe de raccordement 26, et enfin, de la partie circulaire 24. -de centre S susceptible de s'appliquer sur la partie circulaire 24.
Cette courbe 23n, 26, 24p,, est mobile autour de l'axe<B><I>S</I></B> en antagonisme avec un système de rappel non représenté.
Les billes telles que 3, renfermées dans une cage non représentée tendant, sous l'in fluence des forces centrifuges développées par la rotation de (arbre parallèle à l'axe 8 qui entraîne la cage, à faire tourner cette partie mobile autour de l'axe 8 dans le sens de la, flèche fi, toutes -dispositions pouvant être prises peur l'équilibrage des billes. Ces billes ne peuvent s'échapper grâce à l'exis tence @de la surface fixe 2'3-25-24 se rac cordant à la surface mobile sans intervenir dans le fonctionnement proprement dit de l'appareil.