Brevet FR2291402A1 — publié le 19760611

La présente invention concerne le domaine de la construction mécanique, notamment celui des poutres chargées reposant sur deux appuis, tels que, par exemple, les cylindres et les rouleaux utilisés sur des machines d'imprimerie, et a plus particulièrement pour objet des procédés permettant de réduire la flexion des cylindres et des rouleaux. L'invention a également pour objet des dispositifs pour la mise en oeuvre de ces procédés. Dans beaucoup de montages mécaniques, on trouve un cylindre sur appuis supportant une charge répartie uniformément ou non, exercée par un ou plusieurs cylindres ou galets. Quand le fonctionnement correct du montage dépend de la rectitude du cylindre ou de la régularité de la pression de contact, ou si ces deux conditions doivent être réalisées simultanément, on rencontre des difficultés insurmontables lorsque le rapport longueur-diamètre devient important. Ainsi, notamment dans les machines à imprimer héliographiques, llapplication du cylindre presseur sur un cylindre gravé de faible diamètre provoque une flexion telle, que la pression de contact entre les deux cylindres est irrégulière, d'où une mauvaise qualité de l'impression qui limite la longueur maximale des cylindres de faible développement. Dans les machines à imprimer flexographiques, le même phénomène fait que le film d'encre déposé par le cylindre barboteur sur le cylindre tramé est en surabondance au milieu du cylindre et inexistant aux extrémités. De plus, le contact du cylindre tramé -fortement déformé- avec le cylindre-cliché n'est plus linéaire, mais ponctuel, d'où la nécessité d'écraser le cliché contre la zone centrale du cylindre tramé -la plus chargée en encre- pour obtenir un contact imparfait avec les extrémités où l'encre est déjà rare. L'impression est alors de très mauvaise qualité et chaque passage du cliché produit des vibrations qui sont transmises à la machine entière. Il est donc indispensable d'avoir une répartition uniforme de la pression de contact et une déformation du cylindre la plus faible possible. A cet effet, différentes solutions ont été envisagées, la plus simple consistant à augmenter le moment d'inertie du cylindre. Le remplacement du cylindre, dans la plupart des cas un tube, par un cylindre plein, ne réduit la déformation que dans de faibles proportions, et alourdit sensiblement le dispositif. L'augmentation du diamètre extérieur apporte une amélioration appréciable, mais accroît l'encombrement général des machines, d'où un coût élevé. Toute solution basée sur l'augmentation du moment d'inertie du cylindre n'est donc pas rentable. On connaît des dispositifs dans lesquels les cylindres ont la forme d'un tonneau, permettant ainsi d'obtenir un contact sur toute la longueur du cylindre malgré la flexion. Ce procédé manque toutefois de souplesse, du fait que le profil change avec la longueur et la pression de contact et que sa mise en oeuvre est impossible avec des cylindres gravés et tramés, et son efficacité est réduite avec les cylindres caoutchoutés qui se déforment facilement. De plus, la génératrice opposée à la génératrice de contact reste fortement déformée. On obtient donc une répartition uniforme de pression, mais avec une déformation du cylindre. Le même phénomène se produit avec les cylindres à axes non coplanaires. Dans ce cas, la génératrice de contact, au lieu d'hêtre linéaire, n'est plus que ponctuelle, conduisant à une forte concentration de charge qBi a également pour effet de provoquer une flexion importante. On connaît encore d'autre dispositifs dans lesquels le cylindre est emmanché sur un arbre traversant destiné à augmenter la rigidité de l'ensemble et à absorber une partie des efforts de flexion, l'absorption augmentant lorsque les emmanchements sont placés à l'intérieur du cylindre à une certaine distance des extrémités. En fait, lorsque cette distance augmente, l'ensemble formé par le cylindre et la partie d'arbre comprise entre les deux em manchements est soumis à un moment de flexion, qui augmente dans la même proportion et il faut pratiquement placer les emmanchements dans la zone médiane du cylindre pour avoir une diminution sensible de la déformation. L'arbre qui travaille en flexion rotative supporte alors un moment de flexion très élevé et doit alors avoir un diamètre qui interdit l'emploi de' cylindres de faible développement. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients, en proposant des procédés de réalisation de cylindres et de rouleaux qui permettent d'obtenir une flexion extrêmement réduite et une répartition de pression uniforme le long de la génératrice de contact. Pour bien comprendre l'esprit de l'invention, on doit étudier le problème sous l'aspect de la résistance des matériaux. Si lton prend pour exemple le cas du cylindre encreur d'une imprimeuse flexographique, constitué généralement par un cylindre comportant des fusées emmanchées, on constate que chaque extrémité du cylindre est soumise à un moment de flexion égal au produit de la réaction de l'appui par la longueur de la fusée. Le calcul montre que 40 ffi de la flexion du tube sont dus à ces moments, les 60 ffi restants provenant de l'action de la charge répartie sur le contact. On voit donc qutil est indispensable de supprimer la transmission de ces moments au cylindre. L'invention a pour but de créer entre le cylindre et son support une liaison telle, que le cylindre puisse être considéré comme étant sur appuis libres, tout en étant lié normalement aux autres organes de la machine. Â cet effet, l'invention a pour objet un procédé qui consiste essentiellement à placer les appuis à l'intérieur du cylindre, à une certaine distance des extrémités, calculée en fonction de la flèche à obtenir. Ainsi, pour une valeur optimale de cette distance, on obtient une déformation minimale, qui est négligeable par rapport à la déformation initiale du cylindre sur appuis libres. La détermination de la distance des appuis aux extrémités tient compte de deux valeurs, à savoir la flèche aux extrémités fe, et la flèche au centre fc, dont les équations sont Dans ees équations : p = charge par unité de longueur supportée par le cylindre 1 = longueur du cylindre E = module d'élasticité du matériau employé I = moment d'inertie du cylindre et K1 et E2 sont des coefficients dont les équations sont dans lesquelles k = d = distance des aPpuis aux extrémités 1 longueur totale du cylindre Ainsi, pour obtenir une déformation minimale du cylindre, il suffit de régler les appuis par rapport aux extrémités, de telle sorte que les valeurs absolues des flèches fc et fe soient égales. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste à créer un moment de flexion qui, appliqué aux extrémités du cylindre, stoppose à sa déformation. Ainsi, pour une valeur optimale du moment, la déformation du cylindre est extrêmement réduite. Ce moment antagoniste peut être obtenu en utilisant, par exemple, en sens inverse l'effet néfaste de transmission des réactions des appuis au cylindre. En fait, les procédés conformes à l'invention permettent de remplacer la courbe déformée parabolique du cylindre par une courbe du 40 degré présentant deux maxima et un minimum ayant des valeurs absolues extrêmement faibles. Bien entendu, le résultat recherché dépend de la position des appuis et, si l'on peut accepter une certaine déformation, il n'est pas nécessaire de les placer à la position optimale recommandée. De même, lorsque l'encombrement minimum n'est pas une condition essentielle, on peut appliquer le moment antagoniste depuis l'extérieur du cylindre à l'aide d'-un dispositif complémentaire. L'invention a également pour objet des dispositifs pour la mise en oeuvre de ces procédés. Selon un mode de réalisation de l'invention, un dispositif comportant une portée sphérique relie-le cylindre à un arbre traversant, ce dispositif permettant à l'arbre de fléchir sans transmettre d'effort de flexion au cylindre, une denture bombée due même centre que les portées assurant la liaison en rotation des deux pièces. Conformément à une variante de réalisation de l'invention, le cylindre est relié à un arbre par l'intermédiaire de rotules, la liaison en rotation des deux pièces étant effectuée par un accouplement élastique placé aux extrémités du cylindre. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, le cylindre est traversé par un arbre ou des fusées fixes, la liaison entre le cylindre et l'arbre, ou les fusées, étant réalisée au moyen de roulements à rotule, et l'entraînement étant assuré par une couronne dentée fixée sur le cylindre. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, des pièces intermédiaires en forme de fusées inversées, sont liées rigidement au cylindre, pénètrent à l'intérieur de celui-ci, et le relient par l'intermédiaire de portées sphériques, de rotules, de roulements à rotule, ou analogues, à l'arbre ou aux fusées formant le- support du cylindre, ces pièces intermédiaires transmettant au cylindre un couple antagoniste qui tend à le redresser et dont la valeur dépend de la distance séparant les appuis des extrémités, l'entraînement en rotation, lorsqu'il est nécessaire étant assuré par une denture bombée de même centre que la portée sphérique ou par un accouplement élastique placé à l'extérieur du cylindre. L'invention sera mieux comprise gracie à la description ci- après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 montre le montage du cylindre avec accouplement à denture bombée et rotule, l'arbre et le cylindre étant liés en rotation, en deux demi-vues en coupe représentant chacune un mode de réalisation la figure 2 représente, en deux demi-vues en coupe, deux exemples de réalisation du montage du cylindre avec rotules lisses et accouplement flexible placé à l'extérieur du cylindre la figure 3 représente, en deux demi-vues en coupe, deux exemples de réalisation du montage du cylindre sur roulements à rotule avec -commande par engrenage lié au cylindre, et la figure 4 représente, enjeux demi-vues en coupe, deux exemples de réalisation du montage du cylindre sur des fusées par l'intermédiaire de roulements à rotule. Conformément à l'invention, et comme le montre à titre d'exemple, la figure 1 du dessin annexé, le dispositif pour la mise en oeuvre des procédés permettant de réduire la flexion des cylin dres et des rouleaux est essentiellement constitué par un cylindre 1 relié à un arbre 2 par deux accouplements 3, connus, utilisés généralement pour relier deux bouts d'arbre non alignés. Ces accouplements se composent d'un moyeu 4 claveté sur 11 arbre 2 et présentant une portée sphérique 6 et une denture bombée 5, dont les centres de symétrie sont confondus, et d'un boîtier 7 fixé au cylindre 1 et comportant une denture intérieure qui engrène avec la denture 5.Sur ce boîtier 7 sont fixés deux flasques 8 à portée sphérique qui s'articulent sur le moyeu 4 maintenant ainsi l'engrènement correct du boîtier 7 et du moyeu 4 lorsque l'une de ces pièces pivote autour de l'autre. Grace à ce dispositif, et conformément à l'invention, les réactions des appuis sont transmises par les rotules 6 au cylindre 1 sous forme déforces verticales, perpendiculaires à l'axe du cylindre 1, le plaçant ainsi dans les conditions d'une poutre sur appuis libres tout en permettant sa commande en rotation par l'arbre 2. En plaçant le boîtier 7 de plus. en plus loin à l'intérieur du cylindre 1, on ramène la flexion de ce dernier à une valeur minimale extrêmement réduite. On peut obtenir un effet comparable sans alésage profond précis -ce genre d'alésage étant toujours difficile à réaliseren fixant le boîtier 7 sur une fusée 9 emboîtée dans le cylindre 1. De cette façon, le cylindre est soumis à chaque extrémité à un moment proportionnel à la longueur de la fusée 9 qui tend à le redresser. Pour une longueur optimale de la fusée, la flexion du cylindre est réduite au minimum. Pour limiter la flexion de l'arbre 2 et son poids, tout en augmentant son inertie, on peut avantageusement remplacer la partie centrale de l'arbre par un cylindre de gros diamètre à paroi mince 10. Dans le cas où le cylindre est immergé dans un liquide, un joint 11 capable de supporter le désalignemesOngt/dû à la flexion de l'arbre 2 est logé dans un couvercle 12 fixé dans le cylindre 1, soit dans la fusée 9. En variante au mode de réalisation précédent, la figure 2 représente un dispositif, dans lequel on a séparé la double fonction d'articulation et d'entraînement en rotation assuré par les accouple ments 3, ce qui permet l'emploi de cylindres de plus faible diamètre. Pour cela, la fonction entraînement en rotation est assurée par un accouplement 16, placé à l'extérieur du cylindre 1, composé d'un plateau 17 lié à l'arbre 2 et comportant des ergots 18 entrant dans des bagues de caoutchouc souple 19 introduites dans un couvercle 20 ou dans la fusée 21, ces bagues étant capables de supporter le désalignement et le déplacement angulaire du plateau 17 par rapport au cylindre 1. La fonction articulation est assurée par deux rotules lisses 13, dont les bagues extérieures 15 sont rendues solidaires du cylindre 1 par l'intermédiaire des couvercles 37 et 20 et des entretoises 21, ou, dans le cas du montage avec fusées inversées, par les couvercles 22 qui plaquent les bagues 15 au fond de leur logement dans les fusées 21 et 9. En variante aux modes de riiisation des figures 1 et 2, les figures 3 et 4 proposent une réalisation selon laquelle le support du cylindre est fixe. Dans la figure 3, l'arbre 2 est fixé en rotation et porte deux roulements à rotule 24 et 25. Le roulement 24 qui s'appuie sur une entretoise 28 est fixé en translation par son manchon de serrage. Le roulement 25 est libre. Les bagues extérieures des roulements sont rendues solidaires du cylindre 1 par l'intermédiaire des entretoises26 et des couvercles 31 et 29 ou, dans le cas du montage avec fusées inversées, par les couvercles 27 qui plaquent les roulements au fond de leur logement dans les fusées 9. Le cylindre est donc monté fou sur son axe. L'entraînement en rotation est assuré par un engrenage 30 solidaire du cylindre et qui est déporté de façon à pouvoir sortir le cas échéant d'un bassin 33. Les joints 34 et 35 assurent l'étanchéité au passage entre le bassin 33 et le capot 32. Il est évident que si lé cylindre ne baigne pas dans un liquide, on peut remplacer .1' engrenage 'déport4 30 par une couronne dentée fixée directement sur le cylindre 1 ou la fusée 9. Pour le cas où'le cylindre doit être libre en rotation, la figure 4 propose un montage simplifié comprenant deux roulements à rotule 25 montés sur deux fusées 36. Les bagues extérieures des roulements sont fixées dans le cylindre 1 ou dans les fusées 9 par des bagues élastiques, ou analogues. Cette variante de réalisation suivant les figures 3 et 4 est particulièrement intéressante pour les cylindres de faible diamètre, car l'arbre ou les fusées ne sont pas soumis à un travail de fatigue dû à la flexion rotative et peuvent être d'un encombrement très réduit. Le montage sur fusées présente, en outre, l'avantage supplémentaire que, la section soumise à la contrainte maximale, ne se tDUVant plus à l'intérieur du cylindre, peut être renforcée à volonté, d'où son utilisation pour les cylindres très chargés. De plus, la suppression de l'arbre pour les cylindres très longs entraîne une ré-duction importante de leur coût. Enfin, cette variante de réalisation peut avantageusement être utilisée, en supprimant la couronne dentée, dans tous les montages comportant des cylindres fous et notamment les rouleaux guides des machines à imprimer, permettant ainsi de standardiser le diamètre des rouleaux, quelle que soit la longueur utilisée. Etant donné que la déformation d'un cylindre -varie selon la puissance quatre de sa longueur, on peut, grâce à l'invention, à flèche et à diamètre égaux, utiliser des cylindres trois fois plus longs que les cylindres traditionnels, ou, à longueur égale, des cylindres de moment d'inertie trois fois plus faible , d'où l'intéret de l'invention pour des machines- possédant une gamme de largeur étendue. De plus, contrairement au cas du cylindre emmanché sur un arbre, les appuis sont placés à une faible distance des extrémités du cylindre, autorisant ainsi l'emploi d'arbres compatibles avec des cylindres de faible diamètre. L'invention est applicable à tout cylindre fixe ou en rotation, en particulier aux cylindres gravés, presseurs, de contrepression, aux rouleaux guides ou aux rouleaux encreurs des machines à imprimer. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. - R E V E N D I C Â T I O N S 1. Procédé permettant de réduire la flexion des cylindres et des rouleaux, caractérisé en ce qutil consiste essentiellement à réaliser entre le cylindre et ses appuis une liaison telle que le cylindre puisse être considéré comme étant sur appuis libres, en plaçant les appuis à l'intérieur dudit cylindre, à une certaine distance des extrémités, calculée en fonction de la flèche à obtenir, de telle manière que pour une valeur optimale de cette distance, on obtient une déformation minimale qui est négligeable par rapport à la déformation initiale du cylindre sur appuis libres, tout en restant lié selon sa fonction au reste de la machine. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à créer un moment de flexion qui, appliqué aux extrémités du cylindre, s'oppose à sa déformation, en utilisant en sens inverse l'effet néfaste de transmission des réactions des ap puis au cylindre. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutil est essentiellement constitué par un cylindre, par un support sous forme d'un arbre, et par des éléments formant les points d'appui intérieurs, reliant le cylindre à l'arbre, permettant ainsi à 11 arbre de fléchir sans transmettre d'effort de flexion au cylindre. 4. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments formant les points d'appui sont des portées sphériques et sont pourvus d'une denture bombée, de même centre que les portées sphériques, assurant la liaison en rotation des deux pièces. 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments formant les points d'appui sont des rotules reliant le cylindre à arbre, un accouplement élastique placé à une extrémité du cylindre assurant la liaison en rotation des deux pièces. 6. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments formant les points d'appui sont des roulements à rotule montés sur l'arbre qui est fixe, 11 entraînement en rotation du cylindre étant assuré par une roue dentée, ou analogue, fixée sur ce dernier. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que, dans le cas d'un cylindre barbotant dans un liquide, la rsue dentée, ou analogue, est fixée de manière déportée sur le cylindre, hors du carter le contenant avec le liquide, garantissant airai l'étanchéité entre le cylindre et l'arbre, et eontre les fuites de liquide hors du carter. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le support est constitué par deux fusées fixes. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, suivant la revendication 2, constitué par un cylindre et par un arbre ou des fusées, caractérisé en ce qu'il est pourvu de pièces intermédiaires, en forme de fusées inversées, qui sont liées rigidement au cylindre, pénétrant à l'intérieur de celui-ci, et le reliant par l'intermédiaire de portées sphériques, de rotules, de roulements à rotule, ou analogues, à l'arbre ou aux fusées formant le support du cylindre, ces pièces intermédiaires transmettant au cylindre un couple antagoniste qui tend à le redresser, et dont la valeur dépend de la distance séparant les appuis des extrémités, l'entraînement en rotation, lorsqu'il est nécessaire étant assuré par une denture bombée de même centre que la portée sphérique ou par accouplement élastique placé à l'extérieur du cylindre.