Appareil pour la production de vibrations soniques La présente invention a pour objet un appareil pour la production de vibrations soniques compre nant un rotor destiné à se déplacer sur une orbite fermée, des moyens pour guider le rotor au cours de ce déplacement de façon qu'il reste en contact permanent -avec une surface d'un organe intermé diaire de transmission des vibrations, de façon à mettre ledit organe en vibration, et un dispositif d'entraînement du rotor.
Les vibrations soniques de forte puissance ont trouvé un très grand nombre d'applications indus, trielles. On sait, par exemple, qu'on peut appliquer une énergie sonique intense à des gaz, des liquides ou des solides, pour produire certains effets -désirés d'ordre chimique ou physique. De nombreux types d'outils ou autres équipements, peuvent être action- nés par de l'énergie sonique d'intensité élevée.
Un exemple de cette application, comprend une barre élastique allongée, dans laquelle on établit et entre tient une onde stationnaire longitudinale de réso nance, de sorte qu'à une extrémité de cette barre s'établit un ventre de vitesses de cette onde station naire, cette extrémité servant à ,faire vibrer un foret ou autre outil,
appliqué contre une pièce à usiner. Une telle résonance longitudinale trouve une autre application particulièrement utile dans la produc tion de ce type de vibrations dans les masses servant à l'enfoncement vibratoire, par ondes de résonance, des pieux de fondation utilisés pour soutenir les immeubles et autres.
Les dispositifs à faire vibrer soniquement à la résonance, sont souvent caractérisés par une impé dance acoustique élevée, cette impédance étant pro- portionnelle au quotient de la force par 1a vitesse. Ils vibrent avec une grande force et avec une faible amplitude de vitesses.
L'entraînement de ces dispo sitifs, c'est-à-dire la réalisation d'un générateur de vibrations efficace qui leur convienne, pose des pro blèmes souvent très difficiles,
en particulier en rai son du faut que les sources habituelles de puissance pratiquement disponibles fonctionnent .à faible impédance et sont caractérisées par des éléments d'entraînement se déplaçant avec une force relati vement faible mais avec une vitesse appréciable. Les dispositifs ordinaires d'entraînement à faible impé dance, sont incapables d'entraîner des dispositifs à forte impédance,
en raison du désaccord des impé- dances. Le rendement de la transduction (ou trans fert d'énergie) s'avère tout particulièrement faible.
Les générateurs soniques ordinaires, comme par exemple, les barres à magnétostriction, les cristaux, etc., peuvent avoir un déplacement dû à la déforma- tion élastique de quelques décimètres par seconde seulement, en raison des restrictions imposées par les limites de déformation élastique.
Le demandeur a constaté qu'un tel déplacement est tout à fait impropres à l'application de puissance élevées.
On connaît des générateurs mécaniques possé dant des caractéristiques de déplacements voulues, mais ils ont l'inconvénient d'être complexes, ce qui entraîne un grand nombre de problèmes à résoudre. Toute complication des pièces mobiles a pour effet de donner naissance à des interactions vibratoires diverses entre ces pièces, aux fréquences élevées, ce qui a pour conséquence une grande perte d'éner gie et, fréquemment, la destruction de pièces dans le cas d'application d'efforts importants.
Aux fréquences très élevées, les engrenages se mettent à brouter, les cages des roulements grip pent et se brisent, et chacune des billes ou galets individuels des roulements doit alors tourner si vite que son mouvement devient instable. Les paliers à coussinets grippent et s'échauffent anormalement. La puissance des générateurs connus jusqu'à ce jour s'est avérée assez faible,
notamment aux hautes fréquences et ces générateurs n'ont pas la robus tesse qu'on exige d'une machine industrielle. Il s'ensuit que maints projets d'application de la puis sance sonique ont été contrariés.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et l'appareil qui en fait l'objet est caractérisé en ce que ledit organe intermédiaire est accouplé à un élément vibrant de sortie, cet élément vibrant ayant une gamme de fréquences de réso nance et étant agencé pour vibrer élaistiquement dans ladite gamme, et en ce que le rotor est entraîné à une fréquence située dans ladite.
gamme voisine d'une fréquence de résonance, le dispositif d'entrai- nement exerçant sur le rotor vibrant une force d'entraînement qui est inférieure à la valeur critique correspondant à l'amplitude maximum de résonance à ladite fréquence,
de façon que le rotor vibrant se mette et reste en synchronisme avec la vibration élastique de l'élément vibrant au-dessous de ladite fréquence pour l'amplitude maximum.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quatre formes d'exécution de l'appareil faisant l'objet de :l'invention.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une pré- mière forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe transversale par la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe axiale par la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig.: 4 est une vue schématique illustrant l'action d'une onde stationnaire, caractéristique de l'appareil de la fig. 1.
La fig. 5 est une coupe longitudinale de la seconde forme d'exécution.
La fig. 6 est une coupe transversale par la ligne - 6-6 de la fig. 5. .
Là fig. 7 est une vue, en bout d'une plaque d'entrée d'air de l'appareil de la fig. 5.
Lai fig. 8 est- une vue en élévation d'une plaque d'usure de l'appareil de la fig. 5.
La fig. 9 est une vue en perspective d'un détail de la fig. 5.
La fig. 10 est une vue en élévation, avec coupe longitudinale .partielle, représentant la troisième forme d'exécution.
La fig: 11 est une coupe par la ligne 11-11 de la fig. 10.
La fig. 12 est une vue en élévation latérale, avec coupe axiale longitudinale partielle, de la quatrième forme d'exécution.
La fig. 13 est une coupe par la ligne 13-13 de la fig. 12.
La fig. -14 est une vue en élévation, partiellement en coupe d'un détail de la fig. 12.
Là forme d'exécution des fig. 1 à 4 se rapporte à un appareil destiné à fournir une énergie sonique intense à des liquides ou à des gaz, en vue de pro- luire des effets physiques ou. chimiques voulus. On connaît de nombreuses applications industrielles d'un tel procédé ; elles sont décrites dans les ouvra ges techniques et il n'y a pas lieu de les décrire ci après. .
Le barreau élastique décrit ci-après a la forme d'un tube 20, en acier, porté par des blocs ou manchons espacés 21, en caoutchouc, maintenus par des supports 22 ; ces blocs 21 sont de nature telle qu'ils permettent un degré appréciable de vibration élastique dans toutes les directions dans des plans perpendiculaires à l'axe du tube.
Ce tube ne tourne pas dans son ensemble, mass certaines de ses, parties, situées à une certaine distance du ou des points nodaux d'une onde stationnaire établie dans le tube, effectuent une giration suivant une trajectoire cir culaire, sous l'effet de la flexion élastique de cer taines partie du tube, à partir de la position neutre de ce dernier (fig. 4).
Un tel mouvement circulaire, ou giration, est une forme de vibration harmonique; il peut être considéré comme étant la résultante de deux composantes de vibration harmonique linéaire transversale faisant un angle droit, avec une diffé rence de phase de 900. Les blocs 21 de caoutchouc comprennent des montages souples permettant une telle giration.
Le terme barreau<B> </B> est souvent employé en acoustique lorsqu'il s'agit de la propagation d'ondes élastiques, sans pour cela que lai coupe transversale soit celle d'un barreau, et c'est dans ce sens que le mot sera utilisé ci-après, en comprenant de la sorte, d'une façon générique, des tiges creuses, ou des tuyaux, aussi bien que des tiges pleines, des poutres en I et autre formes.
Le générateur de vibrations, désigné dans son ensemble par 24, comprend un carter cylindri que 25 avec une chambre cylindrique 26 qui est avantageusement (sans que cela soit nécessaire) coaxiale au tube 20. Ce carter 25 présente, d'une seule pièce avec lui, une paroi latérale de fermeture ou fond 25a, fixe, et le côté opposé est muni d'une paroi de fermeture ou fond amovible 27. Un raccord à bride 28 est fixé au fond<I>25a,</I> et il présente un prolongement fileté 29 vissé dans l'extrémité tarau dée correspondante du tube 20.
Un axe central 30 de section transversale circulaire, présentant de préférence une partie centrale convexe 31, en forme de tonneau, et de diamètre réduit à ses extrémi tés 32 qui sont ajustées étroitement dans les fonds 25a et 27. La surface latérale de cet axe 30 constitue un chemin de roulement entouré par un rotor ou un galet à inertie en forme de bague 33 dont la surface interne 34 est cylindrique, lisse, et d'un diamètre notablement supérieur à celui de l'axe 30.
Dans certaines applications, la surface extérieure de la bague 33 présente un léger jeu par rapport à, la surface interne de la cavité 26 quand cette bague repose sur l'axe 30, ou qu'elle tourne autour de ce dernier.
La bague à inertie 33 roule sur son axe 30 sous l'effet d'un jet de fluide (air sous pression, vapeur, ou un liquide) indroduit par une buse d'injection 35 ménagée dans le carter 25 tangentiellement au pour tour de la cavité circulaire 26, ce fluide étant amené à la buse 35 par un tuyau souple 36 raccordé à cette buse. Le fluide d'entraînement une fois utilisé peut être évacué de la chambre 26, de toute façon voulue. Dans le cas représenté, il s'échappe dans l'atmosphère par des orifices 37 ménagé dans le fond 27, aussi près que possible du centre de la chambre 26.
Le fluide introduit tangentiellement provoque le roulement de la bague à inertie 33 sur l'axe 30, et la force centrifuge qu'exerce la bague en roulant sur l'axe 30, et qui, de là, est transmise au carter 25, fait fléchir élastiquement l'extrémité voisine du tube 20 et la fait tourner sur une trajectoire circu laire. Comme on l'a fait remarquer plus haut, ce mouvement de l'extrémité du tube est une forme de vibration harmonique équivalente à la résultante de deux vibrations harmoniques linéaires transversa les, en quadrature.
La fig. 4 montre, de façon exagérée, le tube 20 subissant le déplacement élastique giratoire carac téristique d'une onde stationnaire correspondant à la fréquence fondamentale de résonance du tube, pour des ondes élastiques transversales propagées longitudinalement.
On comprendra, d'après des principes connus, que l'onde stationnaire schématiquement représen tée à la fig. 4, résulte de la transmission le long du tube, à partir du générateur 24, d'ondes de déforma tions élastiques orientées transversalement, qui sont réfléchies à partir de l'extrémité éloignée du tube, et que, par interférence .avec l'onde suivante se pro pageant vers l'avant, l'onde stationnaire s'établit à peu près comme représenté.
On voit qu'il s'établit des points nodaux sur le tube aux points situés environ au quart de sa lon gueur, à partir de chacune de ses extrémités, tandis qu'aux deux extrémités s'établit un ventre de l'onde stationnaire.
La vitesse de rotation de la bague à inertie 33, autour de l'axe 30, est déterminée, dans le premier cas, par le jet fluide qui l'entraîne. Toutefois, le demandeur a constaté que, si l'on fixe la vitesse de .rotation de la bague à un nombre de tours par seconde autour de l'axe 30, voisin de la fréquence de résonance du tube 20, pour le mode de vibrations transversales décrit, rotation ayant pour effet, sur le tube 20 et sur le carter 24 fixé à une extrémité de ce tube, de leur faire décrire des cercles d'amplitude accrue aux ventres de l'onde stationnaire,
la bague 33a, de façon inattendue, fortement tendance à se bloquer à cette fréquence, c'est-à-dire à tourner à un nombre de cycles par seconde égal à la fréquence de résonance du tube 20 et du carter 24. Le deman deur a constaté en outre, que la vitesse de giration de la bague a tendance à être légèrement en retard par rapport à la fréquence de résonance exacte pour laquelle l'amplitude est maximum, ou, en d'autres termes, qu'elle se maintient du côté des faibles valeurs de la courbe de résonance.
Dans ces conditions, toute tendance à l'emballement de la bague sous l'effet d'une augmentation de pression de son jet d'entraînement, est fortement contrecarrée. Le tube mis en vibration effectue un mouvement de giration, c'est-à-dire longitudinal et de rotation, et exerce ainsi une réaction sur la bague à inertie et la maintient ainsi du côté des valeurs inférieures à la fréquence correspondant à l'amplitude maxi mum, ce qui a pour effet d'empêcher ladite bague de s'emballer.
En d'autres termes, sous l'effet de la contrainte imposée par cette réaction de la pièce élastique en vibration de résonance, la fréquence de giration de la bague est maintenue à la fréquence de résonance de la pièce élastique, glissant dans une certaine mesure dans le courant fluide d'entraî nement, le jet de fluide agissant ainsi comme un entraînement du type à glissement.
L'appareil des fig. 1 à 4 est représenté muni de moyens .pour introduire un fluide à une extrémité du tube et l'évacuer par l'autre extrémité. Ainsi, un tube 40 d'entrée raccordé à un canal 41 de la pièce 29, introduit le fluide à utiliser, par une extrémité du tube 20, et un tube de sortie 42, monté sur un bouchon 43 vissé à l'autre extrémité du tube 20, com munique avec ce -dernier par un canal 44 et sert à évacuer le fluide ayant servi. On comprendra que, dans le tube 20, le fluide est soumis à une agitation acoustique.
Les fig. 5 à 9, représentent une autre forme d'exé cution de l'appareil générateur d'onde à rotor orbital, comprenant un rotor cylindrique roulant sur une portée cylindrique, et une série de buses à fluide pour entraîner le rotor.
Un carter cylindrique 44 est monté à la presse dans l'extrémité du tube 20a représenté partielle ment, et correspondant au tube 20 de la fig. 1, et sa paroi extrême ou fond 44a est muni d'un ajutage 44b auquel est raccordé un tuyau souple S d'amenée d'air comprimé. Dans le carter 44; sont montées des plaques : une plaque 45 d'entrée d'air, en contact direct avec le fond 44a, une plaque d'usure 46, une plaque à portée de roulement 47, une seconde plaque d'usure 46a, et, enfin, une plaque extrême 48, ces plaques étant retenues par une rondelle 48a, sur la face postérieure de laquelle s'appuie un flasque 44c réalisé en rabattant l'extrémité du carter 44.
La plaque à portée de roulement 47 est percée en son centre pour former une portée annulaire 47a, et, dans la chambre délimitée par cette portée, est disposé un galet cylindrique 49, étant à remarquer que ladite chambre est délimitée sur les côtés par les deux plaques 46 et 46a. Dans le cas représenté, le dia mètre du galet 49 est un peu supérieur à la moitié du diamètre de la portée 47a, comme on le voit nettement à la fig. 5.
L'air comprimé entrant par l'ajutage 44a pénè tre d'abord dans une chambre 45a dans la face avant de la plaque 45 et, de là, il s'écoule, par une série de canaux divergents<I>45b,</I> dans une série de canaux 45c correspondants, qui, partant des extrémités exté rieures des canaux 45b, s'étendent parallèlement à l'axe du carter 444, traversent les plaques 46, 47 et 46a, et aboutissent à la face adjacente de la, plaque 48.
L'air des canaux 45c est introduit dans la cham bre du rotor par des gorges 47b creusées dans les faces opposées de la plaque 47, et s'étendant des canaux 45c à la portée cylindrique 47a, sur laquelle elles débouchent tangentiellement.
L'air introduit tangentiellement provoque le rou lement du galet 49 autour de la portée 47a, et ce galet exerce une force giratoire sur le carter du générateur. L'air détendu est rejeté dans le tube 20a par des lumières 46b ménagées dans la partie cen trale de la plaque 46a, et par une ouverture centrale 48b de la plaque 48.
Le galet cylindrique et la portée cylindrique des fig. 5 à 9 sont intéressants en raison de leur faible frottement de roulement, et ils conviennent parti culièrement bien aux fréquences relativement éle vées. On peut noter également que la forme cylin- drique du galet ne fait pas dévier l'air sur ses côtés, comme le ferait une bille ordinaire, et que, par suite, il est plus fortement entraîné qu'une bille.
La réaction sur le rotor, signalée, plus haut, qui prend naissance quand le générateur entraîne une charge à la fréquence de résonance, cette charge ayant une plus grande amplitude dans un sens des vibrations (comme par exemple un barreau ayant une giration elliptique, ou un simple barreau à vibrations latérales), se manifeste comme une impul sion périodique yant tendance à accélérer le rotor de façon périodique. Une buse unique d'introduction d'air présente une tendance analogue.
En prévoyant une série de buses d'introduction d'aire réparties autour de la portée de roulement on tend vers le maintien d'une vitesse angulaire uniforme du rotor.
Les fig. 10 et 11 montrent une autre forme d'exé cution de l'appareil appliqué à un ensemble d'entraî nement acoustique de pieux, et qui diffère de la première forme d'exécution des fig. 1 à 4 en ce que le générateur sonique est conçu pour donner nais sance à des vibrations longitudinales dans un barreau élastique, par opposition aux vibrations giratoires transversales de la première forme d'exécution.
A la fig. 10, 50 désigne l'ensemble d'un barreau élastique cylindrique destiné à servir de mandrin d'entraînement d'un pieu, et fait en une substance très élastique comme l'acier. Cet ensemble est monté dans une coquille 51 qui doit être enfoncée dans le sol sous l'effet acoustique du mandrin 50. Cette coquille de pieu 51 est ultérieurement remplie de ciment après qu'on en a retiré le mandrin 50.
Le barreau 50 est élastiquement maintenu, au voisinage de son extrémité supérieure, par un bloc ou manchon 57 en caoutchouc, élastiquement défor- mable porté par une bague 58 de support que pré- sente un bras. qui s'étend latéralement d'un dispo sitif de support désigné dans son ensemble par 59.
Ce dernier peut être fixé à un moyen classique de guidage tel que ceux qui sont utilisés dans les systèmes classiques d'enfoncement de pieux.
Le générateur de vibrations soniques, désigné par 60, comprend un corps cylindrique 61 présentant à son extrémité inférieure un tenon d'accouplement fileté 62 vissé dans une boite 63 taraudée montée à l'extrémité supérieure de la tige 50. L'extrémité supérieure 64, de diamètre réduit, du corps 61 est traversée pair un canal 65 pour le fluide, auquel est accouplé comme indiqué en 66, un tuyau souple 67, alimenté en air sous pression.
Le corps 60 comprend une pièce amovible 60a qui s'applique su restant du corps suivant un plan médian vertical 68, et qui est fixée en position à l'aide de vis, comme représenté à la fig. 11. Une série de chambres cylindriques 69, dont deux sont représentées, sont ménagées dans le corps 60, entre la partie principale de ce corps et la pièce amovible 60a, comme le montre clairement la fig. 10, et des axes 70 traversent ces chambres, et sont montés dans le corps, comme représenté.
Ces axes, dont la partie centrale est avantageusement convexe comme représenté en 71, supportent des bagues à inertie 72 qui sont analogues à celles décrites à propos des fig. 1 à 4, ces bagues 72 étant conçues pour rouler autour des axes. 70, et la force centrifuge appliquée à ces bagues animées d'un mouvement de giration s'exerce sur le carter du générateur, par l'intermédiaire des axes 70.
Le canal de fluide 65 mentionné plus haut, se raccorde tangentiellement .à la cavité supérieure 69 comme représenté, et un canal 74 est dirigé tangen tiellement à la fois à la cavité supérieure 69 et à la cavité inférieure 69, le montage étant tel, toute fois, que le fluide introduit dans les deux cavités tourne dans des sens opposés d'une cavité à l'autre. Une sortie tangentielle 75 est dirigée vers l'extérieur à travers la paroi du corps du générateur, et l'on peut recueillir le fluide évacué dans un tuyau de sortie 76, de position fixe, qui est supporté en dehors du générateur.
Les bagues 72 à inertie, dans les cavités supé rieure et inférieure, sont entraînées en giration autour de leurs axes 70, dans des sens opposés, par le courant d'air sous pression arrivant tangentiel- lement, comme expliqué plus haut. Comme on le comprendra, l'air provenant de la source, est intro- duit tangentiellement à la chambre supérieure 69 ; il y tourbillonne et force la bague 72 à rouler autour de l'axe 70.
Une certaine partie de cet air est cons tamment évacuée tangentiellement par le canal 74 et pénètre dans la chambre inférieure 69, tangen tiellement, tourbillonne dans ladite chambre, dans le sens contraire au tourbillonnement dans la cham bre située immédiatement au-dessus., et provoque, par suite, la giration de la bague inférieure 72 dans le sens opposé à celui de la bague supérieure 72. L'air provenant de la chambre inférieure 69 est aussi constamment évacué tangentiellement, par le canal de sortie 75.
En général, du fluide sous pression circulant successivement dans les chambres 69 provoquerait la giration décrite ci-dessus des bagues à inertie, mais il n'y aurait pas de réglage de lai fréquence, et les rapports de phases entre les deux bagues s'établiraient au hasard.
Cependant, lorsque le cou rant de fluide sous pression entraîne les bagues autour des axes, à un nombre de tours-seconde voisin de la fréquence de résonaince de la tige 50 pour des vibrations élastiques longitudinales, la tige 50, sous l'effet d'une certaine impulsion initiale fournie par le générateur, est soumise au régime de l'onde stationnaire longitudinale de résonance.
La première vibration longitudinale caractéristique qui se produit est, en général celle d'un barreau libre-libre (c'est-à-dire d'un barreau qui n'est pas rigidement fixé à ses extrémités) vibrant à demi longueur d'onde. Avec ce mode de vibrations lon- gitudinales, la région centrale, dans -le .sens, de la longueur du barreau, a tendance à rester à peu près stationnaire, tandis que les deux extrémités du bar reau s'éloignent et se rapprochent alternativement l'une de l'autre.
De la sorte, le barreau subit des allongements et des contractions alternés. On verra que, dès que ce type général de mouvement com mence à s'établir dans la tige 50, le générateur sonique 60 qui est monté à son extrémité supérieure se met à vibrer longitudinalement à la fréquence ee résonance de la tige 50.
Il en résulte que les girations des, bagues d'inertie 72, se synchronisent avec le mouvement longitudinal de Vextrémité supérieure de la tige 50, et, par suite, se synchroni sent entre elles. En d'autres termes, les bagues s'orientent d'elles-mêmes, bien qu'animées de gira tions de sens opposés, de manière à se déplacer sui vant un rapport de phases fournissant de la puis sance, dans le sens de la longueur de la - tige vibrante 50.
En outre, comme les bagues se syn chronisent l'une avec l'autre, et avec le mouve ment de la tige 50, les forces verticales qu'elles exercent, par l'intermédiaire du corps du généra teur, sur l'extrémité supérieure de la tige, se syn chronisent l'une avec l'autre, de telle sorte que les forces s'additionnent dans le sens de la longueur de la tige. Les bagues 72 étant ainsi synchronisées, c'est une force effective maximum qui est appli quée à la tige 50 dans le sens de sa longueur, ce qui a pour effet de mettre cette tige en état vibra toire longitudinal à demi-longueur d'onde et de grande amplitude.
Comme dans le cas des formes d'exécution décri tes plus haut, l'onde stationnaire à fréquence de résonance, qui s'établit dans la tige 50 a pour effet de bloquer les bagues 72 entraînées pair le fluide à la fréquence de résonance, et, ainsi que le deman deur l'a constaté, du côté des valeurs faibles de la courbe de résonance. On empêche ainsi l'emballe- ment des bagues.
On voit que les bagues synchro- nisent leurs mouvements et se synchronisent avec la tige vibrante 50, sous l'effet de la réaction qui leur est transmise de la tige 50.
Les fig. 12 à 14 représentent une quatrième forme d'exécution de l'appareil, dans lequel le géné rateur est actionné par un moteur électrique dont l'arbre est accouplé au rotor.
On augmente, en particulier au démarrage, lai traction entre le rotor et son chemin de roulement, à l'aide de bagues de frottement, ou de forces magnétiques, ou de ces deux moyens à la fois.
La référence 90 désigne un socle, en une subs tance de faible réluctance, comme, par exemple, la fonte ou l'acier. Ce socle 90 présente une semelle 91 fixée sur une fondation non représentée. Le socle supporte, à une extrémité, un moteur électrique 92, dont l'arbre 93 est accouplé à l'extrémité d'un arbre creux 94, disposé à l'extrémité d'un rotor cylindri- que 95, relativement long. Cet arbre creux 94 est plutôt mince et assez flexible, de manière à se prê ter à des flexions élastiques. Le socle 90 comprend un support 96 pour un roulement 97 qui sert de palier à l'extrémité de l'arbre 94 opposée au rotor 95.
Un accouplement entre l'arbre 93 du moteur et l'extrémité voisine de l'arbre 94, est représenté à la fig. 14 et comprend une clavette 98 ayant la forme générale d'un H, et qui s'engage dans des encoches des extrémités des arbres 93 et 94.
Le rotor cylindrique 95 pénètre, avec un certain jeu, comme le montrent les fig. 12 et 13 dans un alésage 99 longitudinal d'une pièce allongée ou bloc 100. La surface intérieure de l'alésage 99 sert de chemin de roulement cylindrique au rotor 95. La pièce 100 a une coupe transversale semi-circulaire prolongée pair une partie rectangulaire qui présente une face supérieure plate 100a à laquelle on peut fixer une charge.
Dans le présent exemple, la charge comprend une cuve 101, dont le fond 102 est fixé, par exemple par une soudure à l'argent, sur la face supérieure de la pièce 100. La face infé rieure de la pièce 100 est munie d'un téton fileté 62A sur lequel on peut visser une boîte d'accouple ment 63A portant un mandrin 50 comme le montre également la fig. 10.
La cuve 101 et le chemin de roulement 99 du rotor, peuvent être pourvus de tous. moyens appro priés de support, non représentés, aptes à supporter ces pièces en obéissant à leur action vibratoire. Etant donné qu'on veut que la masse de la pièce 100, la partie vibrante de la cuve 101, et le mandrin 50, fassent partie d'un système vibratoire en résonance, il faut disposer d'un moyen vibrant élastiquement,
et ce moyen peut comprendre le mandrin 50 vibrant élastiquement. Si l'on n'utilise pas le mandrin 50, l'élasticité de la cuve 101 ou de son contenu peut suffire.
En cours de marche, le rotor 95 roule sur la surface de l'alésage 99 en effectuant un mouvement giratoire. En vue d'améliorer la traction entre le rotor et la surface 99, en particulier pour le démar rage, on place des bagues de frottement, comme indiqué en 104, dans des gorges annulaires 105 ménagées dans l'alésage 99, et, comme représenté, on prévoit également des bagues de frottement 106 placées dans des gorges annulaires 107 du rotor 95.
Ces bagues de frottement peuvent être en liège, en caoutchouc compressible, etc. Elles ne font que légèrement saillie par rapport aux surfaces dans lesquelles elles sont montées et, lorsque .le rotor 95 est en pleine vitesse, la force centrifuge qu'il exerce est suffisante pour que ces bagues de frottement soient repoussées en permettant un contact unique ment métal sur métal, du rotor et de la surface de l'alésage 99.
Ces bagues assurent un frottement de glissement assez élevé pour permettre une bonne traction au démarrage. Elles assurent, par contre, un frottement de roulement insignifiant, particuliè rement quand le rotor a atteint une assez grande vitesse, étant donné que la charge du roulement est supportée surtout par la surface en métal dur du chemin de roulement.
On verra aisément que, dans le cas d'un rotor dont le diamètre est une fraction importante de l'alésage dans lequel il travaille, ce rotor fait plu sieurs tours à l'intérieur de la surface 99 pour cha que révolution de l'arbre d'entraînement. On obtient ainsi une augmentation très avantageuse de la fréquence.
On notera également que l'arbre creux 94, étant mince et légèrement flexible, il fléchit de façon continue lorsque- le rotor - 95 roule sur son chemin de roulement 99, ce qui permet à ce rotor 95 de rou ler en contact avec le chemin 99, tandis que, en même temps, l'extrémité éloignée de l'arbre 94, 1à où elle est supportée par le roulement 96, conserve une position axiale fixe, de sorte qu'il ne se trans met aucune vibration de giration au moteur.
La fréquence de résonance du système entraîné est déterminée par la masse et l'élasticité des pièces en état de vibration, et comprenant la masse et l'élasticité de la pièce 100, de la cuve 101 et de son contenu, ainsi que du mandrin d'entraînement des pieux, ou barreau élastique 50, la résonance étant évidemment atteinte à la fréquence pour laquelle la réactance de - mage est égale, en effet dynami que, à la réactance de raideur élastique.
L'ensem ble est conçu pour que le moteur 92 entraîne le rotor 95, sur le chemin 99,à un nombre de tours par seconde qui est une fréquence située dans la gamme de fréquences de résonance du système à entraîner en vibration.
Quand cette fréquence de résonance est atteinte, le système entraîné réagit, par l'intermédiaire de l'arbre 94, sur le moteur d'entraînement 92, de manière à maintenir sa vitesse du côté des faibles valeurs de la courbe de réso nance, comme expliqué à propos des précédentes formes d'exécution.
Le moteur 92 peut être un moteur à induction dont le rotor peut glisser dans son champ tournant, et qui travaille facilement à la fréquence de résonance du système entraîné. Le rotor 95, en roulant sur la surface 99, met en état de vibration giratoire la pièce 100, la cuve 101 et ;le mandrin 50, mais,. en général, la vibration est plus intense suivant un certain axe.
Chaque point de la pièce 100 décrit un petit cercle, ou une ellipse, en raison de la force centrifuge qui s'exerce sur le chemin de roulement 99 au cours de chaque par cours ou circuit du rotor 95 sur ce chemin. L'am- plitude de cette giration, c'est-à-dire le diamètre du petit cercle, augmente fortement à la fréquence de résonance, et le système se bloque à la résonance, comme expliqué à propos des précédentes formes d'exécution.
Les bagues de frottement participant à la trac tion entre le rotor et son chemin de roulement ont déjà été décrites, et on a montré qu'elles étaient utiles surtout au démarrage. On décrira ci-après un autre moyen pour améliorer la traction. Le socle 90 comprend un anneau magnétique 110 entourant une extrémité du rotor 95, dont il est séparé par un petit intervalle annulaire 110a.
Une tige horizon tale<B>111</B> solidaire par une de ses extrémités, du châssis 90, au voisinage immédiat de l'anneau 110, présente à son extrémité libre un étrier ouvert 112 qui entoure de près la surface externe de lai pièce 100. La tige 111 est entourée par une bobine d'induction 113. Ainsi, un flux magnétique traverse la tige 111 entre l'anneau 110 et les branches d'étrier 112.
Ce flux magnétique s'étend des branches d'étrier 112 jusqu'à la pièce 100, à travers un entrefer étroit ; la pièce 100 doit elle aussi être en une matière de faible réluctance, et elle est normalement en acier dur. Le flux, qui va ainsi des bras d'étrier 112 à la pièce 100, traverse le rotor 95, et retourne fina lement à l'anneau 110 et au socle 90 par l'entre- fer 110a. L'excitation de la bobine 112 a par con séquent pour effet d'attirer le rotor 95 vers la sur face 99 de la pièce 100.
Le rotor se trouve ainsi maintenu en bon contact de frottement avec la sur face 99, et il est bien certain que cela est vrai quelle que soit la position du rotor sur son trajet autour de cette surface. Cet effet de rappel du rotor contre le chemin de roulement, assure une traction appré ciable entre le rotor et sa surface de roulement, ce qui est très avantageux surtout au démarrage. On comprendra que, dans un appareil du type consi déré,
dans lequel a lieu une grande augmentation de fréquence entre le couple d'entraînement et la fréquence de contact de roulement, le rotor ait ten dance à remonter sur le côté du chemin de roule ment, puis à effectuer une giration et à glisser con tre ce chemin, quand on applique initialement la puissance d'entraînement. Les moyens de traction magnétiques décrits plus haut, et qu'on utilise de préférence seulement au démarrage, maintiennent le rotor fermement contre la surface de roulement, et on obtient ainsi la traction d'entraînement qui convient.
Il est en général préférable de n'utiliser le flux magnétique d'augmentation de traction, qu'au moment du démarrage, étant donné que, lors que la machine a atteint une certaine vitesse, la force centrifuge suffit à assurer la traction nécessaire.
Les commutateurs pour enclencher et déclencher les moyens de traction électromagnétiques aux moments opportuns ne sont pas représentés. L'ap pareil représenté par les fig. 12 à 14 est également muni d'un dispositif amortisseur, désigné dans son ensemble par 120, pour empêcher des vibrations nuisibles. Les vibrations de ce genre qui sont prin cipalement à considérer dans le présent appareil, seraient dues à la possibilité pour le rotor de deve nir légèrement déformé, dans son parcours, de telle sorte que les deux extrémités. tournent avec leurs points de contact angulairement décalés.
Ce vacil lement aurait pour effet de faire émettre par la pièce du chemin de roulement une vibration irré gulière dans l'appareil, ce qui est en général un inconvénient.
L'amortisseur représenté comprend deux la mes 115 élastiques relativement souples partant du bloc 100, et dont chacune se termine à son extré mité libre par une grosse masse 116. Les lames 115 peuvent être obtenues en fendant dans le sens de la longueur un barreau ayant la forme générale d'un T et présentant les proportions représentées sur la figure. Dans l'entaille entre les lames 115, on dispose un corps 117 en une substance visqueuse comme le brai, le bitume et autres substances ana logues.
Si la pièce 100 a tendance à vibrer irrégu lièrement, par exemple par suite du fait que le rotor est légèrement déformé par rapport à la sur face de roulement, les lames 115 ont tendance à fléchir, et cette flexion crée un effet de cisaille- ment visqueux dans la substance d'amortisse ment 117. Cet amortissement limite la, flexion des lames et, à son tour, impose une contrainte aux vibrations irrégulières de la pièce 100.
La titulaire a constaté que le dispositif vibra toire entraîné de l'appareil décrit, lorsqu'il vibre dans sa gamme de résonance, et lorsque son ampli tude de vibration est amplifiée par résonance, réagit sur le rotor orbital, pour le contraindre à une pério dicité orbitale qui correspond à sa propre fréquence de résonance. La titulaire a constaté, en outre,
que l'appareil décrit tend de lui-même à fonctionner pour les fréquences inférieures à la fréquence pour l'amplitude de pointe correspondant à la résonance, et, en outre, que l'ensemble de l'appareil : dispositif vibratoire entraâné et rotor orbital, tend à vibrer en synchronisme avec mais légèrement au-dessous de la fréquence pour l'amplitude de pointe corres pondant à la résonance.
Le rotor, en parcourant son orbite est fortement sollicité de produire cette fré- quence, et,, bien qu'il puisse évidemment être entraîné à une vitesse suffisamment élevée pour atteindre un seuil auquel il atteindrait et dépasse rait cette fréquence de résonance, il faut augmen ter considérablement l'effort d'entraînement avant que n'apparaisse cette condition indésirable. A ce propos,
il faut bien comprendre que l'effort d'entraî nement exercé sur le rotor est limité à une valeur inférieure à celle correspondant au seuil. Le rotor se trouve ainsi dans l'impossibilité de s'emballer et de s'endommager, ou d'endommager son carter, lorsqu'il fonctionne à haute fréquence.
La contrainte effectuée qui maintient la fré quence du rotor orbital du côté des valeurs faibles de la courbe de résonance (amplitude en fonction de la fréquence) du dispositif vibratoire entraîné produit une différence de phase rapportée à un angle de rotation entre le mouvement du rotor et le mouvement du dispositif vibrant. De plus, un maxi mum de puissance est fourni par le rotor au dispo sitif vibrant pour une valeur donnée de la puissance fournie au rotor.
Il est évident qu'un tel générateur à rotor orbi tal possède une impédance de sortie élevée, tout en étant actionné par une source de force motrice de faible impédance, étant entendu que l'impédance est proportionnelle au quotient de la force pair 1a. vitesse.
Si l'on considère le côté sortie du générateur, où la piste d'appui du rotor orbital est associée au dis positif vibrant entraîné, on voit que la force est élevée en raison de l'intensité élevée de la force centrifuge, tandis que l'amplitude de la course, et par suite l'amplitude des vitesses, est évidemment faible.
L'impédance élevée de sortie souhaitée pour le système résonant est par suite atteinte. On- asso cie en général l'impédance à des phénomènes alter natifs comme des forces alternatives, en comparai son avec l'amplitude de la vitesse résultante.
La source de force motrice utilisée dans le pré sent exemple est un jet d'apr continu, plutôt qu'un phénomène alternatif. Quoi qu'il en soit, ce jet d'air continu possède la propriété d'avoir une force rela tivement faible et une vitesse assez élevée, et il constitue, en gros, une source de puissance de fai ble impédance. Le générateur satisfait donc aux conditions de fonctionner à l'aide d'une source de puissance de faible impédance, et de fournir de la puissance à haute impédance.
Les diverses formes d'exécution de l'appareil décrit comprennent des dispositifs vibratoires possé- dant une ou plusieurs fréquences de résonance ou gammes de fréquences de résonance, comme la fré quence fondamentale, ou d'autres fréquences.
La fréquence de résonance, choisie pour toute appli- cation donnée, peut être aussi bien la fréquence fondamentale que toute autre fréquence. L'essen tiel est qu'on utilise une fréquence de résonance.
Il ressort de ce qui précède que les formes d'exé cution décrites se rapportent toutes à un appareil du type dans lequel le dispositif entraîné de façon à se mettre en résonance ou presque, appartient à la catégorie à constantes réparties, sans impliquer de limitation. C'est ainsi que ces formes d'exécution peuvent utiliser un barreau en matière plastique dans lequel peut s'établir un effet d'onde, transver sale, giratoire ou longitudinale.