Brevet FR2124337A1 — publié le 19720922

1o 2124337 La présente invention concerne une "broche de filature ou de retordage, telle qu'on en utilise sur les machines à filer et tordre pour fibres coupées ou sur les machines à étirer et tordre pour filaments continus. 5 On connait déjà des "broches de filature et de retordage, du genre précité, dans lequel le palier de collet est lié rigidement avec le carter du pied de broche qui le reçoit, ce qui, en particulier dans les grandes vitesses de rotation de la "broche, conduit à des transmissions des oscillations au banc "10 porte-broches et à l'ensemble de la machine, indépendamment du fait que cela a pour conséquence un bruit intense des paliers et une forte oscillation du palier de collet et de la tige de la broche. On a, également, déjà cherché à monter le carter du pied 15 de broche de façon flexible dans le banc porte-broches, et cela par la disposition d'un corps de pression entourant le carter du pied de broche par une conformation hélicoïdale, ou sous la forme d'un pot, et qui prend appui, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un support élastique, sur la face inférieure 20 du banc porte-broches. De même, au-dessus du banc porte-broches, on ajoute encore, à titre complémentaire, entre ce banc et la bride du carter du pied de broche, de tels supports élastiques. De tels agencements ne permettent toutefois pas de réaliser un amortissement suffisant à des vitesses élevées de la broche, 25 et les supports élastiques ne jouissent que d'une durée de service insuffisante. De même, le montage élastique du palier de collet, par l'intermédiaire d'un anneau en caoutchouc, "Vulkollan", ou analogue, ne permet pas d'atteindre un résultat satisfaisant en raison de sa faible flexibilité propre. De tels 30 anneaux sont également soumis à une forte usure étant donné qu'ils sont sollicités par des charges alternatives, et que le couple appliqué à la broche engendre une torsion des anneaux. On a aussi essayé d'incorporer une douille métallique oscillante entre le tube-enveloppe et le carter du pied de broche, 35 au-dessus de l'amortisseur en spirale interposé entre ces organes. Une telle douille consiste en deux tubes métalliques montés concentriquement et une couche, interposée entre eux, d'un élastomère agissant comme moyen d'amortissement. Par cette mesure on confère, certes, au collet la possibilité de déviation 40 latérale élastique, mais au prix d'un inconvénient consistant 72 03270 2- 2124337 • en ce que les tubes métalliques concentriques doivent être usinés de façon extrêmement précise pour permettre un positionnement précis par rapport au carter du pied de broche, d'une part, et au tube-enveloppe, d'autre part. Etant donné,' par ail-5 leurs, que la couclie d'élastomère ne doit être soumise à aucune contrainte axiale, les tubes métalliques doivent être fixés à la presse ensemble dans le carter du pied de broche et sur le tube-enveloppe, ce qui représente une opération d'uneexécution très difficile. En outre, les matériaux élastiques comme- le 10 caoutchouc, le Vulkollan, et autres, tels qu'utilisés pour constituer la couche d'élastomère contenue dans la douille métallique oscillante, ne sont pas stables en présence de charges alternatives et ils sont soumis à une usure rapide, sans parler de la réduction très importante de la durée de service que cau-15 se, à de telles couches, l'action inévitable de l'huile et'des avivages. Cela conduit à des remplacements assez fréquents, rem placements qui impliquent nécessairement des travaux onéreux de démontage et de montage des carters de pieds de broches. Un autre inconvénient de la couche intermédiaire élastique 20 prévue dans la douille métallique oscillante dont il a été ques tion consiste en ce que, à dimensionnement restant égal, la flexibilité en toutes directions, comme avec un joint cardan, est nécessairement liée à une flexibilité radiale déterminée, de sorte que l'une de ces flexibilités ne peut pas être choisie 25 indépendamment de l'autre, de sorte que l'optimum ne peut pas être atteint, ou ne l'est que de loin, pour les flexibilités. Il en résulte d'importantes contraintes indésirables pour les paliers. En outre, l'insertion de la couche intermédiaire d'é-lastomère précitée a pour conséquence, qu'en présence de dif-30 férences inévitables du balourd entre les diverses broches, engendrées par exemple par un balourd inégal des tubes ou un balourd qui varie dans la bobine de fil, des différences de température surviennent au cours du fonctionnement dans le matériau élastique de la couche intermédiaire et il s'ensuit des 35 fréquences propres, c'est-à-dire des vitesses de rotation criti ques, qui diffèrent d'une broche à l'autre et qui varient conti nuellement pendant la construction de la bobine de fil ou cops. L'élargissement, qui en résulte, de la bande des vitesses de rotation critiques de l'ensemble des broches sur une machine 4-0 donnée, réduit naturellement la plage de vitesses de rotation 72 03270 3. 2124337 non critiques dont on dispose encore pendant la marche. Une restriction indésirable dans le domaine d'utilisation possible de la machine est donc la conséquence du comportement mentionné de la couche de caoutchouc. 5 Les différences précitées de températures des couches d'élastomère ont également pour conséquence des amortissements différents, ce qui constitue un inconvénient car cela conduit à des caractéristiques de marche différentes des broches. En effet, même sur des broches qui tournent àdes vitesses en dehors 10 des vitesses critiques, il se produit, sous 1'effet de la bande ou sangle d'entraînement des broches, ainsi que des variations dans la tension du fil, des phénomènes de résonance, c'est-à-dire qu'à la rotation proprement dite de la broche, se superposent des oscillations qui engendrent des tensions supplémen-15 taires du fil, s'ajoutant aux variations déjà existantes de cette tension, ce qui accroît les risques de casse du fil. Au surplus, la résultante des forces de la bande d'entraînement transmises à la noix de la broche n'est pas compensée par la douille métallique oscillante et le tube-enveloppe prend 20 une position oblique par rapport au carter du pied de broche. L'élément d'amortissement, constitué, par exemple, par un amortisseur en spirale, prévu entre le carter et le tube-enveloppe, est déformé d'un côté ; son effet d'amortissement dépend donc de la direction, et l'axe géométrique de rotation 25 de la broche effectue un parcours, qui lui est imposé, dans lequel il décrit la surface des cônes à base sensiblement elliptique avec les inconvénients évidents qui en découlent. Le but de la présente invent"on est d'éviter les inconvénients ci-dessus exposés des montages connus des broches. Elle 30 se fixe comme autre but de créer, dans un montage de la broche, les conditions voulues pour que l'axe autour duquel les parties en rotation de la broche, avec le cops qu'elle porte, tournent en réalité se rapproche le plus possible de l'axe théorique, c'est-à-dire de l'axe principal d'inertie passant par le centre 35 de gravité, afin que les -forces s'exerçant aux paliers soient réduites à un minimum. Dans cette disposition, les éléments élastiques ne doivent être aucunement soumis à une usure. En outre, l'invention a pour objectif de permettre de tolérer des balourds plus élevés, d'obtenir des niveaux sonores plus bas, 40 d'une valeur minimale, des vibrations transmises à la machine, 72 03270 4. 2124337 ainsi que d'accroître la durée de service de toutes les pièces. La "broche doit aussi posséder un domaine d'emploi le plus possible universel tant en ce qui concerne le poids du cops que la vitesse de rotation de la broche. 5 Ces "buts sont atteints, conformément à l'invention, par une "broche à filer et à tordre comportant un tube-enveloppe rigide contenant le palier de collet et la crapaudine de la tige de la "broche, lequel tube-enveloppe est logé dans un carter du pied de "broche, solidement assemblé au "banc-porte-bro-10 ches, ce tube-enveloppe étant relié, de manière flexible, audit carter, et un élément amortisseur, à action symétrique radiale-ment, étant prévu entre ledit carter et ledit tube-enveloppe, ladite broche étant caractérisée par le fait que le tube-enve-loppe est maintenu par le carter du pied de broche par l'inter-15 médiaire d'une pièce de liaison supérieure élastique à action symétrique radialement, tandis que la partie inférieure du tube-enveloppe rigide est supportée par le carter en direction axiale d'une façon essentiellement rigide, et, en direction radiale, prend appui sur le carter par l'intermédiaire d'une 20 pièce de liaison inférieure élastique à effet symétrique radialement. L'invention va maintenant être décrite plus en détail, en se référant à des modes d'exécution donnés à simple titre d'exemr-ples nullement limitatifs, et schématiquement représentés aux 25 dessins annexés dont les figures sont, respectivement : Fig. 1 et 2 : une représentation schématique d'un montage de broches conforme à l'invention, Fig. 3 : un montage de broche vu en coupe, représenté de façon plus détaillée, 30 Fig. 4 : une vue en plan d'une pièce de liaison supérieure, et Fig. 5 : une vue en perspective d'une pièce de liaison inférieure.. Dans la représentation de la fig. 1, on a désigné par 1 35 la tige de la broche, c'est-à-dire la broche proprement dite sur laquelle s'envide le cops ou la bobine de fil 2 qu'elle porte ; la broche est montée axialement et radialement dans deux paliers 3 et 4 logés dans un tube-enveloppe rigide 5- Celui-ci est lié à oscillation radiale dans deux plans différents avec 40 le carter du pied de broche 8, de façon symétrique radialement, 72 03270 2124337 au moyen de deux organes élastiques 6 et 7 très mous tels que, par exemple, des ressorts ; de son côté, le carter 8 est fixé dans le banc porte-broches 9- Dans le sens axial, le tube-enveloppe 5 est supporté rigidement par le fond 10 du carter 8 avec 5 possibilité de déviation dans le sens radial. En outre, il est encore prévu un dispositif d'amortissement 11 à action également symétrique radialement. Le comportement dynamique de la broche en cours de fonctionnement est dès lors le suivant : 10 Des axes qui sont représentés sur la fig.,1, l'un, A, des siné en traits mixtes est l'axe théorique autour duquel la broche tournerait si elle n'était soumise à aucune action de la part des paliers. Cet axe A est identique avec l'un des axes d'inertie principaux passant par le centre de gravité S des 15 masses en rotation. En fait, il s'exerce sur la broche des forces extérieures agissant nécessairement sur elle, telles que les forces .dues au guidage des paliers, de la tension du fil, et autres, de sorte que toutes les masses en rotation de la broche avec son cops tournent, non autour de cet axe théorique 20 A mais autour, en fait, d'un autre axe de rotation B avec une vitesse angulaire w. L'axe théorique A ne coïncide toutefois pas, en général, lorsque la broche tourne avec son cops, avec l'axe C de la broche déterminé par la géométrie du guidage (paliers 3 et 4), parce que cette coïncidence est empêchée par 25 des défauts de précision dans l'ajustement des tubes embrochés, des déformations de ces tubes et des irrégularités dans la construction du cops, etc... Pour, compte tenu de ces faits, maintenir dès lors à une valeur minimale les forces exercées aux paliers, c'est-à-dire pour faire tourner, autant qu'il est pos-30 sible, autour de l'axe théorique A, le cops et toutes les masses en rotation de la broche qui tournent autour de l'axe B, les constantes de ressort des organes élastiques 6 et 7 sont choisies aussi petites que possible, c'est-à-dire que ces corps élastiques 6 et 7 sont aussi mous que possible. Mais comme, 35 lorsquë la vitesse de rotation augmente, les forces d'inertie provoquées par les parties mobiles, mais qui ne sont pas en rotation (poids morts), augmentent, celles-ci, aux vitesses de rotation élevées, gagnent, de façon relativement rapide, de l'influence sur les forces exercées aux paliers comparativement 40 aux forces élastiques, d'ailleurs faibles, et une limite au 72 03270 6, 2124337 maximum admissible de la vitesse de rotation se trouve imposée par l'importance de ces forces d'inertie. Pour placer cette limite à une valeur aussi élevée que possible, le tube-enveloppe 5 est donc exécuté de façon à être très léger, c'est-à-dire 5 avec une épaisseur de paroi minimale juste suffisante pour assurer encore la rigidité nécessaire entre les deux paliers 3 et 4. Les forces d'inertie peuvent être supplémentairement réduites par le choix de tubes en métal léger. Le montage selon la fig. 2 est, en principe, absolument 10 le même que celui de la fig. 1 avec, il est vrai, une amélioration importante consistant en ce que le tube-enveloppe 13, au lieu de prendre appui sur une surface génératrice de frottements, est supporté par un ressort en barreau 14 exempt de toute friction et, par conséquent, de toute usure ; ce ressort 14 est 15 mou en direction radiale, tandis qu'il est très rigide en-direction axiale. Le comportement dynamique ne se distinguant pas, en principe, de celui de- l'exécution selon la fig. 1, il est superflu de revenir encore sur ce point. On a représenté, en fig. 3, un mode de réalisation concret, 20 c'est-à-dire pour la mise en pratique de l'invention. Dans cette figure, 15 désigne le carter du pied de broche qui, d'une façon connue, est fixé sur le banc porte-broches 16 par une bride 17- Ce carter comporte une partie cylindrique inférieure 18, dirigée vers le bas et fermée par un fond 19 pré-25 sentant un orifice 20. Entre la bride 17 et une bride de recouvrement 21 est fixée, au moyen d'un boulomage libérable 23, une pièce de liaison 22 élastique à action symétrique radialement . Dans un alésage central 24 est introduit à force un tube-30 enveloppe 25 à paroi mince et"par conséquent léger, mais toutefois rigide. Ce tube-enveloppe reçoit dans le haut, également introduit à force, un palier de collet 26, exécuté sous la forme d'un roulement, pour la tige de broche 27, tandis qu'à la partie inférieure du tube-enveloppe est fixée une crapaudine 28 dans 35 laquelle est ancrée l'extrémité supérieure verticale d'une pièce de liaison inférieure élastique également à action symétrique radialement. L'autre extrémité verticale de cette pièce est, à la partie inférieure, également ancrée dans une pièce d'arrêt 30 pourvue d'un goujon fileté 31 qui fait saillie à l'extérieur 40 en traversant à l'orifice 20 et dont le diamètre est plus petit 72 03270 7. 2124337 que celui de la pièce d'arrêt 30, ce qui permet de fixer la pièce au moyen d'un écrou 32 dans une position de réglage déterminée. Une garniture 33 assure 1'étanchéité à l'huile de l'orifice 20. Entre le carter du pied de broche 15» 18 et le 5 tube-enveloppe 25 est disposé, d'une façon connue en elle-même, un amortisseur en spirale 331• 'Les éléments du montage de la broche, qui exercent une influence importante sur le comportement dynamique de celle-ci, sont exécutés de la façon ci-après exposée : 10 La pièce de liaison élastique supérieure '22 est une plaque métallique d'épaisseur uniforme, dont l'élasticité radiale est obtenue par le découpage d'une fente spirale 34 à une spire (fig. 4) qui prend naissance près de l'alésage central 24 et prend fin près de la périphérie extérieure et confère à"la pla-15 que métallique des propriétés élastiques pratiquement symétriques radialement» Bien entendu, on peut tout aussi bien, si on le désire, choisir une spirale à plusieurs spires. L'épaisseur de la pièce de liaison 22 est déterminée par le choix du matériau qui la constitue (par exemple un acier à ressort) et par 20 les exigences d'un usinage rationnel (découpage) pour une constante élastique donnée en direction radiale, par le diamètre extérieur de la pièce ainsi que par la configuration de la fente spirale 34 elle-même. Par ce dimensionnement, la constante élastique en direction axiale est déjà également déterminée, cons-25 tante qui est notablement plus petite mais est toutefois sans influence dans son action. C'est ainsi, par exemple, que pour une broche .à étirer et tordre à grande vitesse, de l'ordre de 10 000 t/mn avec des poids de cops actuellement usuels qui vont de 2 à 4 kg et un dimensionnement approprié de la broche, la 30 constante élastique Kra^j_ale 8S^ ck°i-s:*-e inférieure à 30 kg/mm. La pièce de liaison élastique inférieure 29 est également exécutée de façon très simple sous la forme d'un ressort hélicoïdal en acier. Ce ressort est également à action pratiquement symétrique radialement, c'est-à-dire que la constante élastique 35 dans une direction radiale ne dépend pas de la direction considérée. La constante élastique ^ra(^j_a2_e peut être quelque peu inférieure à celle de la pièce de liaison supérieure 22. Par contre, il faut choisir une valeur très élevée pour la constante élastique axiale, c'est-à-dire que le ressort en barreau doit 40 pratiquement être rigide en direction axiale car il est chargé 72 03270 8. 2124337 de recevoir le poids de la broche avec le cops plein. Par exemple, pour la broche à étirer et tordre gui a été mentionnée, on doit prendre Kradiale 15 kg/mm et Kaxiale^> 50 kg/mm. De tels aciers à ressort sont avantageux en ce sens qu'avec un dimension-5 nement correct ils peuvent offrir l'avantage d'être totalement résistants aux charges alternatives, contrairement aux élasto-mères. Le tube-enveloppe 25 léger, à mince paroi, peut être fait en acier ou, préférablement, en un métal léger. Si son poids ne 10 dépasse pas environ 1/10e à 1/5e du poids du cops plein, cela peut satisfaire aux exigences imposées à la grandeur de la masse. Les avantages que procure le montage de la broche exposé ci-dessus sont : construction simple et donc fabrication économique du petit nombre de pièces nécessaires ; montage aisé ; 15 appui à effet élastique radialement du tube-enveloppe évitant le frottement et l'usure et réduisant l'importance des forces exercées au palier, ce qui exerce une influence positive particulièrement quant à la durée de service de toutes les pièces soumises à des charges alternatives. Etant donné qu'aucun déplace-20 ment de la tige de la broche par rapport aux paliers ne peut se produire en raison de la présence du tube-enveloppe monté élas-tiquement dans le sens radial mais rigide, on obtient de faibles jeux aux paliers et, par conséquent, des bruits réduits et une grande durée de la crapaudine et du palier de collet. Un autre 25 avantage réside dans le fait que la pièce d'arrêt, prévue dans le fond du carter du pied de broche, peut être réglée en position, et par conséquent également la pièce inférieure de liaison, ou pièce intermédiaire, étant donné que l'obliquité du tube-enveloppe provoquée par la traction de la bande ou sangle sur 30 la noix est totalement compensée. Indépendamment du fait que des balourds plus importants, des vitesses de rotation plus grandes et des poids de cops plus élevés deviennent admissibles, un autre avantage réside en ce qu'il est possible d'admettre de plus grands écarts quant à la concentricité des tubes embrochés. 35 Le montage de broche conforme à l'invention permet aussi de réaliser une fixation solide du carter du pied de broche dans le banc porte-broches. Les avantages qui en résultent consistent en la facilité de la possibilité de centrage et en l'exclusion de toute déviation par rapport au banc porte-broches, aussi 4-0 bien dans le sens radial que dans le sens axial. Le carter du 72 03270 9. 2124337 pied de "broche ne peut, de ce fait, prendre une position oblique sous l'effet d'un chox extérieur. Etant donné que ce carter et le banc porte-broches sont assemblés l'un à l'autre de façon rigide et avec une conjugaison des formes, toute modification 5 de la position, par suite d'encrassement pendant le service, est impossible. L'expérience a prouvé qu'il s'agit là d'un avantage fort important. Un autre avantage de la construction conforme à l'invention consiste en ce que celle-ci ne comporte pas de pièces interchangeables qui, à leurs sièges, pourraient 10 donner naissance à des formations de rouille. La fixation solide du carter du pied de broche sur le banc porte-broches procure, en outre, l'avantage d'un montage aisé d'un frein de broche de position fixe. La liaison molle au moyen des corps élastiques apporte un autre avantage important qui consiste en une vitesse 15 de rotation critique peu élevée, ce qui est important parce qu'alors il ne se développe aux paliers que des forces plus faibles, que la plage utilisable des vitesses de rotation de la broche au-delà de la vitesse critique est plus grande et que, dans le cas de cops de faible poids avec lesquels la vitesse 20 de rotation critique est naturellement plus élevée, cette vitesse critique peut être encore maintenue à un niveau suffisamment bas. La réduction à un minimum des forces exercées aux paliers a une influence avantageuse en ce sens que, de ce fait, même un tube-enveloppe relativement léger présente la rigidité 25 nécessaire pour une fixation coaxiale mutuelle des paliers et que la petitesse de la masse du tube-enveloppe n'est pas de nature_à réduire notablement la limite supérieure de la vitesse de rotation de la broche. 72 03270 10. 2124337 REVENDICATIONS 1. Broche à filer ou à tordre comportant un tube-enveloppe rigide contenant le palier de collet et la crapaudine de la tige de la broche, lequel tube-enveloppe est logé dans un car- 5 ter du pied de broche, solidement.assemblé au banc porte-broches, ce tube-enveloppe étant relié, de manière flexible, audit"carter, et un élément amortisseur, à action symétrique radialement, étant prévu entre ledit carter et ledit tube-enveloppe, ladite broche étant caractérisée par le fait que le 10 tube-enveloppe est maintenu par le carter du pied de broche par l'intermédiaire d'une pièce de liaison supérieure élastique à action symétrique radialement, tandis que la partie inférieure du tube-enveloppe rigide est supportée par le carter en direction axiale d'une façon essentiellement rigide et, en direction 15 radiale, prend appui sur le carter par l'intermédiaire d'une pièce de liaison inférieure élastique à effet symétrique radialement . 2. Broche à filer ou à tordre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de liaison supérieure possède, 20 en direction radiale, une constante élastique inférieure à 50 kg/mm. 3. Broche à filer ou à tordre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de liaison inférieure possède, en direction radiale, une constante élastique inférieure à 25 15 kg/mm. 4. Broche à filer ou à tordre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de liaison supérieure est disposée au-dessus, et la pièce de liaison inférieure au-dessous de l'élément amortisseur exécuté sous la forme d'une spirale 30 d'amortissement. 5° Broche à filer ou à tordre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de liaison élastique supérieure est constituée par un disque, fermé périphériquement à l'extérieur et à l'intérieur, et pourvu d'une fente en spirale. 35 6. Broche à filer ou à tordre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce dà liaison élastique inférieure est constituée par un ressort en barreau disposé essentiellement dans le sens axial et pouvant fléchir radialement, lequel est fixé en haut à une partie fixement liée au tube-enveloppe, par 40 exemple dans la crapaudine, et, en bas, à la partie inférieure 72 03270 n. 2124337 du carter du pied de "broche et qui assure l'appui axial du tube-enveloppe par sa rigidité axiale. 7= Broche à filer ou à tordre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de liaison élastique inférieure 5 est constituée par un fil à ressort à spires hélicoïdales, qui exerce de toutes parts, en direction horizontale, la même action élastique. 8. Broche à filer ou à tordre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de liaison élastique inférieure 10 peut être réglée à son extrémité inférieure dans sa position par rapport au carter du pied de broche. 9. Broche à filer ou à tordre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube-enveloppe est à paroi mince. -