Brevet FR2199079A1 — publié le 19740405

La présente invention est relative aux supports à air ou pneumatiques et, plus particulièrement, aux systèmes d amortissement des vibrations utilisant ces supports pneumatiques en guise d'isolateurs de vibrations. Ainsi qu*il est bien connu, les vibrations mécaniques transmises à un appareil de précision pouvant répondre à divers types, comme par exemple une machine d'usinages un appareil de mesure, etc..., ont des effets négatifs sur la précision d'un tel appareil. En conséquence, il est de pratique courante de supporter un tel appareil de façon à l'isoler vis-à-vis des vibrations, ceci étant obtenu de façon caractéristique au moyen de plusieurs ensembles de supports pneumatiques disposés au-dessous de l'embase de l'appareil. Dans le cas habituel, le support pneumatique est pourvu d'une soupape ou régulateur d'air destiné à permettre l'injection ou l'évacuation de l'air dans et hors du soufflet dudit support pneumatique, en fonction de la hauteur dudit soufflet. En fonction du type d'appareil devant être isolé, les supports pneumatiques peuvent devoir soulever la charge supportée avec une précision de l'ordre de un dix-millième d'un radian. Toutefois, la plupart des régulateurs d'air classiques utilisés conjointement avec les supports pneumatiques n'assurent pas une. précision de hauteur satisfaisante, c'est-à,-dire qu'ils ne peuvent positionner et maintenir une charge exactement à la hauteur voulue. Certains régulateurs d'air automatiques sont connus pour fournir une précision de hauteur améliorée, mais de tels régulateurs présentent d'autres problèmes. Lgun d'entre eux est dû au fait que le régulateur est monté de telle façon qu'il contourne les soufflets des supports pneumatiques, c'est-à-dire qu'il relie directement le sol à l'embase de l'appareil, ce qui a pour résultat que les vibrations du sol, en particulier les vibrations horizontales, peuvent être transmises à l'appareil. Un autre problème réside dans le fait qugen cours de fonctionnement le régulateur d'air charge et décharge de façon répétée l'air comprimé (cette action étant parfois désignée sous les termes nd'instabilité par corrections exagérées de la régulation" ce qui a pour résultat que le système d'amortissement des vibrations agit comme un vibrateur et que l'appareil supporté est amené à subir longuement sur les supports pneumatiques un mouvement de roulis, à savoir un effet d'oscillation. La présente invention a donc tout d'abord pour objet de fournir un système d'amortissement des vibrations du type utilisant des supports pneumatiques équipés de régulateurs d'air automatiques dans lesquels les à-coups répétés dus au chargement et au déchargement de l'air comprimé par les régulateurs d'air se trouvent rapidement amortis, de manière à maintenir une stabilité permanente Un autre objet de la présente invention consiste à fournir un système d'isolation ou d'amortissement des vibrations qui soit apte à empêcher que les vibrations du solS et en particulier les vibrations horizontales, ne soient transmises à la machine, A cet effet, on utilise un contrepoids pour abaisser le centre de gravité et réduire le moment de la charge supportée, afin d'éliminer l'effet de roules ou d'oscillation et dsac- crotte la stabilité Par ailleurs, des dispositifs sont destinés à permettre un déplacement coulissant horizontal régulier entre le régulateur d'air et la machine ou appareil supporté, de manière à améliorer les performances d'isolation dans le sens horizontal. Les autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront plus clairement au cours de la description détaillée qui suite laquelle est faite en référence au dessin ci-annexé, sur lequel la figo 1 est une vue en coupe verticale dsun mode de réalisation de l'invention; la fig. 2 est une vue en coupe verticale d'un autre mode de réalisation de 1 invention En référence tout d'abord à la fig. 1, on peut voir qu'une machine ou appareil 12 comportant une embase 10 est supporté au-dessus du sol 19 au moyen d'un support à air pneumatique 9 du type classique.Bien que l'on n'ait représenté aucun seul support pneumatique, il doit être bien entendu que trois supports pneumatiques au moins sont utilisés pour supporter une machine (comme il est bien connu, trois supports pneumatiques au moins situés en des points différents sont nécessaires pour maintenir le niveau de la machine). Chaque support pneumatique est équipé d'un régulateur d'air automatique 1 de type classique qui est apte à déterminer instantandment le réglage de la hauteur des soufflets 9a des supports pneumatiques sous l'action d'une très petite force vibromotrieeO Plus particulièrement, le régulateur d'air est cons titué par un logement 6 dans lequel sont montés deux éléments 3 et 4. L'élément 3 est fixe, cependant que l'élément 4 est susceptible de coulisser verticalement dans. le logement Les éléments 3 et 4 sont pourvus de sièges de soupape coniques 3a et 4a, respective- ment.Dans lesdits sièges de soupape 3a et 4a sont disposées des parties de soupapes a et 2b qui sont reliées à une tige de soupape 2. Un ressort 5 repousse la partie de soupape 2a contre le siège de soupape 3a. Le logement 6 est pourvu d'une admission 7 conduisant à un espace libre intérieur 8 qui est relié à l'intérieur du support pneumatique 9, cependant que l'élément de soupape 4 est pourvu d'une sortie 11 qui est reliée au siège de soupape 4a. Conformément à l'invention, une bille pleine 14 telle qu'une bille en acier est située à la surface supérieure de l'élément de soupape mobile 4, étant destinée à venir porter contre une plaque en acier 15 qui est fixée à la surface sousjacente de l'embase 10. La surface de la plaque en acier 15 venant porter contre la bille 14 présente un haut degré de poli. En guise de variante, on peut se passer de la bille 14 en conférant à la partie supérieure de l'élément mobile 4 une configuration sphérique. Cet agencement permet d'obtenir un mouvement horizontal régulier du régulateur d'air par rapport à l'embase 10, ce qui améliore les performances d.'isolation dans le sens horizontal du système d'amortissement. Le régulateur d'air est destiné à rendre possible un réglage fin en hauteur en envoyant ou en évacuant l'air dans et hors du support pneumatique 9 en fonction des petites fluctuations affectant la charge supportée par le support pneumatique. Supposons tout d'abord qu'unie charge, à savoir l'embase 10 et la machine 12, soit appliquée contre l'élément mobile 4 et que ce dernier soit ainsi amené à se déplacé vers le bas à partir de la position neutre ou prédéterminée telle que représentée sur la fig. 1. Le mouvement descendant de l'élément mobile 4 contraint la tige de soupape 2 à vaincre la résistance opposée par le ressort 5 et à se déplacer vers le bas, de façon qu'un intervalle soit ménagé entre la partie de soupape 2a et le siège de soupape 3å. Par suite d'un tel intervailes l'air comprimé peut passer depuis l'admission 7 jusqu'à l'intérieur de l'espace libre 8 du support pneumatique 9. L'accroissement de la pression d'air s'exerçant dans l'espace libre 8 et le support pneumatique 9 entrasse ce dernier à soulever l'embase de la machine, ainsi qu'à repousser vers le haut l'élément de soupape mobile 4. Lorsque l'air contenu dans l'espace libre 8 atteint une pression prédéterminée, l'é- lément mobile 4 est renvoi dans sa position neutre initiale. Inversement, si la charge s'exerçant sur l'élément mobile 4 est réduite, la pression d'air régnant dans l'espace libre 8 détermine l'élément mobile 4 K se déplacer vers le haut, de façon qu'un intervalle soit ménagé entrr son strige de soupape 4a et la partie de soupape 2b. Ledit intervalle permet d'évacuer l.'airhors de l'espace libre 8 et du support pneumatique 9 par l'intermédiaire de la sorte 11, ce qui a pour résultat que l'embase 10 de la machine se trouve abaissée par le support pneumatique, l'élément de soupape mobile 4 étant également à nouveau abaissé. Cependant, dans bien des cas l'élément mobile 4 se déplace trop loin. C'est ainsi par exemple que lorsque la charge supportée par le support pneumatique se trouve accrue, le régulateur est susceptible d'admettre une trop grande quantité d'air en direction du support pneumatique, ce qui a pour conséquence que s aucun changement supplémentaire n'est opéré sur la charge, l'élément de soupape mobile 4 peut être déplacé vers le haut suffisamment loin au-delà de sa position neutre pour amener à nouveau l'air à être évacué hors de l'espace libre 8 et du support pneumatique 9 Cette décharge d'air permet à l'élément mobile 4 de se déplacer à nouveau vers le bas dans sa position neutre.Si l'élément 4 devait se stabiliser dans. sa position neutre, cela ne souléverait aucun problème; mais en raison de l'absence de stabilité dans le système d'amortissement des vibrations l'élément mobile 4 est susceptible de descendre au-delà de sa position neutre, de telle sorte que de l'air peut Aetre à nouveau envoyé dans l'espace libre 8 et le support pneumatique 9.Cette action de chargement et de déchargement de l'air, à savoir l'effet "d'instabilité" à la recherche de la position neutre, peut se poursuivre indéfiniment, avec pour résultat le fait que le système d'amortissement des vibrations présente un phénomène analogue à celui engendré par un vibrateur, si bien que la machine 12 est longtemps soumise sur les supports pneumatiques à un mouvement de roulis, c'est-à-dire d'oscillation. La présente invention pourvoit en conséquence à l'amortissement rapide des effets répétés de chargement et de déchargement de l'air comprimé par les régulateurs d'air. I1 a été constate que la répétition du phénomène de chargement et de déchargement d'air par les régulateurs est intimement fonction de la grandeur du moment de rupture d'équilibre de la charge, à savoir du poids la machine 12 et de l'embase 10 s'exerçant sur les supports pneumatiques 9, de sorte que plus le moment de rup-\ ture d'équilibre est petit 4;plu8 est difficile pour le phéno- mène de chargement et de déchargement répété de l'air comprimé de se produire. En conséquence, et conformément à l'invention un contrepoids 13 d'un poids approprié est suspendu à la surface sous-Jacente de l'embase 10 afin d'abaisser le centre de gravité de la charge supportée par les supports pneumatiques. Ceci a pour effet de réduire l'effet d'oscillation de la machine et d'accrottre la stabilité du système d'amortissement des vibrations. Le moment de rupture d'équilibre de l'ensemble de la charge avec le contrepoids 13 peut s'exprimer de la façon suivante (w1) (11) = (W2) (11) - (W3) (13) où W1 = poids total W2 = poids de la machine 12 et de l'embase 10 W3 = poids du contrepoids 13 11 = distance entre la surface supérieure des supports pneumatiques et le centre de gravité de W1 12 = distance entre la surface supérieure des supports pneumati ques et le centre de gravité de W2 13 = distance entre la surface supérieure des supports pneumati ques et le centre de gravité de W3 Le moment de contrepoids (w3 . 13) peut être considéré comme étant le moment de rupture d'équilibre négatif. Lorsque le moment de rupture d'équilibre négatif s'amplifie, le moment de la charge entière (W1 . W1) se rapproche de la valeur négative après quoi la stabilité se trouve accrue et action d'oscillation de la machine 12, laquelle est déterminée par le phénomène répété de chargement et de déchargement de l'air par le régulateur d'air, se trouve amortie. La fig. 2 illustre une variante du mode de réalisation de la présente invention qui est destinée à améliorer encore les performances du système d'amortissement des vibrations. L'amortissement dans le sens vertical nsest pas exagérément affecté par l'élément de soupape mobile 4, étant donné que ce der nier est susceptible de coulisser dans le logement 6. Toutefois, le régulateur d'air proprement dit présente une certaine rigidité dont le mode de réalisation de la fig. 2 est précisément destiné à atténuer l'effet. A cet effets un levier 16 est associé à un régulateur d'air 1' qui est identique au régulateur d'air w représenté sur la fig. 1 (en l'absence de toute description il doit être bien entendu que le régulateur d'air li est fixé à un support pneumatique de la façon décrite sur la fig. 1).Le levier 16 est monté avec un axe d'oscillation en A, de façon que sa partie en bout soit déplacée verticalement par le relèvement de l'élément mobile 4 du régulateur d'air. Une bille en acier 14' est disposée entre la partie en bout du levier 16 et une plaque d'acier 15' qui est fixée au-dessous de 1'embrase 10. Par suite de l'utilisa- tion du levier 16S la transmission des vibrations entre le régulateur d'air 1' et l'embase 10 peut être atténuée comparativement au rapport des longueurs L2 et L1 telles que mesurées respectivement entre le point de contact du levier 16 avec l'élément mobile 4 d'une part ets d'autre part, la bille en acier 14' et l'axe d'oscillation A.Un autre avantage découlant de l'utilisation du levier 16 réside dans le fait que le volume d'air introduit et évacué dans et hors de l'espace libre 8 et de son support pneumatique y associé par le régulateur d'air se trouve réduit comparativement au rapport des longueurs L2/L1D cette réduction du volume d'air rendant plus difficile toute manifestation du phénomène de roulis de la machine. I1 est également envisagé de fournir un dispositif pour empêcher le mouvement d'oscillation intensif de l'embase 10 sous l'action d'une forte charge de choc. Un tel dispositif peut comporter un élément dgarrêt ou de butée 18 (voir fig. 1) pourvu d'une plaque d'amortissement en caoutchouc 17 qui lui est accolée au voisinage du côté orienté vers l'embase 10. Ainsi qu'il ressort de la description qui précède5 le système d'amortissement des vibrations de la présente invention élimine effectivement la tendance que manifeste un régulateur d'air automatique de charger et de décharger continuellement de l'air, rendant ainsi possible le maintien d'un état permanent de stabilisation. Par ailleurs, la façon dont le régulateur d'air est relié à la machine empêche que les vibrations horizontales ne soient transmises à la machine depuis le régulateur d'air. On peut en conclure que les performances d'ensemble d'isolation ou d'amortissement s'en trouvent de la sorte améliorées. REVENDICATIONS 1. système d'amortissement des vibrations, lequel comporte plusieurs supports pneumatiques, une machine ou appareil étant supporté par lesdits supports pneumatiques, ainsi que des régulateurs d'air aptes à régler autoEatiquesent la pression d'air dans lesdits supports pneumatiques en fonction des changements intervenant dans la charge supportée par lesdits supports pneumatiques, de façon que les supports pneumatiques et l'appareil précités puissent être maintenus à une hauteir-pré- déterminée, lesdits régulateurs d'air comportant un dispositif mobile propre à détecter la hauteur des supports pneumatiques et un dispositif de soupape pouvant se déplacer en réponse à l'action dudit dispositif mobile pour envoyer de l'air vers lesdits supports pneumatiques lorsque la hauteur de ces derniers diminue et pour évacuer l'air hors desdits supports pneumatiques lorsque la hauteur de ces derniers augmente, afin de pouvoir maintenir lesdits supports pneumatiques et ledit appareil à ladite hauteur prédéterminée, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen pour amortir le mouvement de l'appareil préci- té de manière à emcher que les régulateurs d'air ne chargent et ne déchargent exagérément de façon répétée lesdits supports pneumatiques, ledit moyen comportant un contrepoids qui est fixé de manière à pouvoit se déplacer avec. l'appareil précité et qui est disposé de manière à abaisser le centre de gravité et à réduire le moment de rupture d'équilibre dudit appareil. 2. Système, suivant la revendication 1, dans lequel ledit appareil peut coulisser horizontalement par rapport audits régulateurs d'air, de manière à assurer l'isolation ou amortissement horizontal entre lesdits régulateurs d'air et ledit appareil. 30 Système, suivant la revendication 2, lequel comporte un dispositif présentant un surface de configuration sphérique ménageant une zone de contact limitée entre ledit appareil et lesdits régulateurs d'air. 4. Systèmes suivant la revendication 2, dans lequel ledit dispositif présentant une surface de configuration sphérique comporte une bille entre chaque régulateur d'air et l'appareil précité. 5. Systèmes suivant la revendication 1, lequel comporte un moyen pour réduire la transmission des vibrations entre lesdits régulateurs d'air et l'appareil précité. 6. Systèmes suivant la revendication 1, dans lequel ledit dispositif mobile propre à détecter la hauteur des supports pneumatiques comporte un levier articulé qui est dis- posé de manière à pouvoir pivoter dans un sens lorsque la hauteur de l'un desdits supports pneumatiques s'accroît et en sens opposé lorsque la hauteur dudit support pneumatique décroît, ainsi qu'un élément pouvant coulisser dans le sens vertical et. qui est disposé de manière à pouvoir monter ou descendre en fonction du sens du mouvement pivotant imprime au levier précité, le dispositif de soupape précité pouvant se déplacer en réponse au déplacement vertical dudit élément pouvant coulisser dans le sens vertical.