Brevet FR2364442A1 — publié le 19780407

L'invention a pour objet un dispositif a contrepoids ou vérin d'équilibrage simultané de deux organes de machine, dont le premier est mobile verticalement sur un bâti et le second monté pivotement sur le premier autour d'un axe horizontal. On rencontre une telle disposition d'organes, par exemple, dans les machines-outils équipées d'une poupée qui comporte une broche rotative porte-outil normalement verticale et qui peut s'incliner d'un côté ou de l'autre d'un angle pouvant atteindre par exemple 450, sur un chariot lui-même mobile sur des glissières verticales du bati de la machine. Les broches porte-outils de telles machines sont souvent entraînées en rotation par un moteur électrique fixé directement sur le dessus de la poupée, ce moteurétant un moteur a courant continu a variation continue de vitesse, de sorte qutil est relativement lou#rd et que le centre de gravité de l'ensemble constitué par la poupée et le moteur se trouve nettement au-dessus de l'axe de pivotement dudit ensemble, ce qui crée un déséquilibre nuisible, lorsque la poupée est inclinée. Par ailleurs, il convient d'équilibrer, en direction verticale, le poids de l'ensemble constitué par le chariot et la poupée avec son moteur de broche. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif a contrepoids ou vérin unique capable, non seulement d'équilibrer le poids de l'ensemble chariot-poupée avec son moteur, mais aussi de compenser le déséquilibre de la poupée lorsque celle-ci est inclinée. A cet effet, suivant l'invention, le contrepoids ou vérin unique est relié a un lien souple inextensible dont une première partie passe sur au moins une poulie de renvoi portée par le bâti de la machine et dont une deuxième partie, qui passe sur une poulie de renvoie portée par le bâti de la machine dans le plan vertical qui contient l'axe de pivotement précité, est reliée au second organe de machine par des éléments de liaison tels que sa direction passe par un point particulier dudit second organe de machine situé, en projection sur un plan vertical perpendiculaire à l'axe de pivotement précité, entre deux points qui sont respectivement les projections, sur ce plan vertical, du centre de gravité du second organe de machine et de l'axe de pivotement précité, et â des distances de ces deux-derniers points inversement proportionnelles aux poids des deux organes de machine. Ainsi, le contrepoids ou vérin unique relié à l'organe pivotant tend à redresser celui-ci lorsqu'il est déséquilibré sous l'effet de son inclinaison, et il équilibre aussi son poids, ainsi que le poids de l'organe mobile verticalement qui le porte et auquel il est lié. Un tel dispositif d'équilibrage est peu encombrant, simple et, par conséquent, d'un fonctionnement str et d'un faible prix de revient. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de dispositifs d'équilibrage suivant l'invention. Sur ces dessins la figure 1 est une vue de face d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'équilibrage simultané d'une poupée porteoutil pivotante montée sur un chariot mobile verticalement sur le bâti d'une machine-outil; la figure 2 est une vue de profil correspondante; la figure 3 est une vue de face d'une première variante du mode de réalisation des figures 1 et 2; la figure 4 est une vue de face d'une deuxième variante; la figure 5 est une vue de profil correspondant à la figure 4; la figure 6 est un diagramme des forces en jeu; et les figures 7 et 8 sont respectivement des vues de face et de profil d'une troisième variante. La machine-outil représentée sur les figures 1 et 2 comporte essentiellement un bâti ou montant 1, un chariot 2 qui peut coulisser sur des glissières verticales 3, 4 du montant et une poupée 5 qui peut pivoter sur la face avant du chariot 2 autour d'un axe géométrique horizontal 6 perpendiculaire à cette face. Dans la poupée 5 est montée une broche rotative porte-outil 7 dont l'axe géométrique 8 est perpendiculaire à l'axe 6 de pivotement de la poupée. La broche porte-outil 7 est entraînée en rotation par un moteur électrique 11 fixé sur le dessus de la poupée.Dans l'exemple, ce moteur est un moteur à courant continu à variation continue de vitesse, de sorte qu'il est relativement lourd et que le centre de gravité de l'ensemble constitué par la poupée 5 et le moteur de broche 11 se trouve situé nettement au-dessus de l'axe horizontal 6 de pivotement de la poupée. il en résulte un déséquilibre de la poupée autour de l'axe horizontal 6. Le dispositif suivant l'invention a pour but précisément de compenser ce déséquilibre tout en assurant un équilibrage de l'ensemble des poids du chariot 2 et de la poupée 5 avec son moteur 11, et cela, par des moyens très simples. A cet effet, un contrepoids 14 logé dans le montant creux 1 est suspendu à une extrémité d'un lien souple inextensible 15, tel qu'un câble ou une chaîne, qui passe sur une poulie folle de renvoi 16 montée sur un axe 17 logé dans la partie supérieure du montant 1. Le câble 15 passe ensuite sur une autre poulie folle de renvoi 18 qui est montée sur un axe 19 logé également dans la partie supérieure du montant 1 et qui est située dans le plan vertical contenant l'axe 6 de pivotement de la poupée 5. L'autre extrémité du câble 15 est attachée,par une chape 21, à un axe 22 fixé à la poupée 5 en un point particulier de celle-ci situé en A (voir Fig. 6) en projection sur un plan vertical perpendiculaire à 1 'axe 6 de pivotement de la poupée.Ce point particulier A se trouve situé entre deux points G et O qui sont, respectivement, les projections sur ce plan vertical, du centre de gravité de la poupée 5, avec le moteur 11, et de l'axe de pivotement 6; de plus, les distances du point particulier A aux deux points G et O sont inversement proportionnelles aux poids de l'ensemble poupée 5-moteur 11 et du chariot 2; le poids du contrepoids 14 est égal à la somme des poids du chariot 2 et de la poupée 5 avec son moteur de broche 11. Le fonctionnement du dispositif d'équilibrage est le suivant: Lorsque la poupée est verticale, l'axe 22 d'attache du câble à la poupée se trouve juste au-dessus de l'axe 6 de pivotement de la poupée. L'effort de traction exercé sur les câble par le contrepoids 14 tend donc à soulever l'ensemble poupée 5-moteur Il et le chariot 2 auquel il est lié, avec une force égale à la somme de leurs poids, de sorte que l'ensemble des organes est équilibré en direction verticale. De plus, étant donné que la poupée est verticale, son centre de gravité G (Fig. 6) se trouve exactement au-dessus de son axe de pivotement 0, de sorte qu'elle n'a aucune tendance à s incliner d'elle-même, d'un côté ou de l'autre. Le cSble 15 n'exerce sur elle aucun couple, puisque la direction de l'effort de sou lèvement qu'il exerce sur elle passe par l'axe 6 de pivotement de la poupée. Au contraire, si la poupée 5 est inclinée d'un certain angle (qui peut atteindre 450) vers la gauche, par exemple, comme représente sur les dessins, le câble 15 exerce sur la poupée 5 un couple qui tend à la redresser en opposition à l'action du couple dû au fait que son centre de gravité G (Fig. 6) se trouve à gauche du plan vertical passant par son axe de pivotement 6.La résultante des poids P1 de l'ensemble poupée 5-moteur 11 et P2 du chariot 2 qui s'exerce au point particulier A de la poupée (Fig. 6) a pour valeur (P1 + P2), toutefois l'effort exercé par le câble sur la poupée au même point particulier A, de bas en haut, nta pas une direction rigoureusement verticale, comme on peut le voir sur la figure 1, cependant, on peut obtenir simultanément un équilibrage vertical des poids du chariot et de la poupée avec son moteur et un équilibrage en rotation de la poupée avec son moteur de broche tout-à-fait satisfaisants, car l'inclinaison du câble 15 est tres faible, même pour les plus fortes inclinaisons de la poupée de sorte que les conditions théoriques de la figure 6 sont en pratique réalisées. Sur la figure 3, on a représenté une première variante dans laquelle le point particulier A se trouve à l'intérieur de la poupée et n'est, par conséquent, pas accessible pour y attacher le câble 15. Pour pallier la difficulté, on a attaché la chape 21 fixée à l'extrémité correspondante du câble 15 au milieu d'un palonnier 31 dont les deux extrémités sont reliées, par deux bielles 32, 33 de même longueur, respectivement, à deux points E et F de la poupée 5 qui sont symétriques par rapport au plan géométrique qui contient l'axe 6 de pivotement de ladite poupée et son centre de gravité. Les deux points E et F sont, en outre, situés sur une droite qui passe par le point particulier précité A de la poupée. Ainsi, tout se passe comme Si le câble 15 était attaché au point fictif A de la poupée et le dispositif fonctionne dans les mêmes conditions que celui des figures 1 et 2. Sur les figures 4 et 5, on a représenté une deuxième variante oli le point particulier précité A n'est pas accessible non plus. La chape 21 fixée à l'extrémité correspondante du câble 15 porte un axe 41 sur lequel est monté un galet fou 42 qui roule contre la surface intérieure concave 43 d'un guide 44 en forme d'arc de circonférence fixé, par ses deux extrémités 45, 46, à la poupée 5, dans un plan géométrique perpendiculaire à l'axe 6 de pivotement de ladite poupée et dont le centre est situé sur le point particulier précité A de la poupée. Ici, tout se passe encore comme si le câble 15 était attaché au point fictif A de la poupée et la répartition des forces s'établit aussi de la même manière que dans les deux modes de réalisation décrits plus haut. Enfin, sur les figures 7 et 8, on a représenté une troisième variante dans laquelle la partie du câble 15 voisine de la poupée 5 passe entre deux galets de guidage 24, 25 montés fous sur deux axes 26, 27, respectivement, fixés sur la partie supérieure de la face avant du chariot 2, symétriquement par rapport au plan vertical passant par l'axe 6 de pivotement de la poupée. Lorsque la poupée est verticale, l'axe 22 d'attache du câble à la poupée se trouve juste au-dessus de l'axe 6 de pivotement de la poupée, c 'est-à-dire en-dessous de l'intervalle entre les deux galets de guidage 24, 25 de sorte que la partie de câble tendue entre cet axe 22 et la poulie de renvoi 18 est rectiligne.Si la poupée est inclinée vers la gauche, par exemple, comme représenté sur les dessins, une partie du câble 15 s'enroule contre le galet de guidage 24 et l'extrémité inférieure du câble s'incline comme représenté sur la figure 7 en exerçant, sur la poupée 5, un couple qui tend à la faire basculer dans le sens inverse de celui créé par le couple dû au fait que son centre de gravité G (figure 6) se trouve à gauche du plan vertical passant par son axe de pivotement 6.L'effort exercé par le câble sur la poupée au point particulier précité A de la poupée, de bas en haut, n'a pas une direction rigoureusement verticale, cependant, en jouant sur les emplacements et les diamètres des galets de guidage 24, 25 et, éventuel- lement en déplaçant l'axe 22 de la chape 21, sur la droite joignant le point A précité au centre de rotation O de la poupée, - on peut obtenir simultanément un équilibrage vertical des poids du chariot 2 et de la poupée 5 avec son moteur 11 et un équilibrage en rotation de la poupée avec son moteur, tout-d-fait satisfaisants. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentésqui ont été donnés à titre d'exemples; on peut y apporter de nombreuses modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que le contrepoids pourrait être remplacé par un dispositif équivalent, tel qu'un vérin. REVENDICATIONS 1.- Dispositif a contrepoids ou vérin d'équilibrage simultané de deux organes de machine dont le premier est mobile verticalement sur un bati et le second monté a pivotement sur le premier autour d'un axe horizontal, caractérisé en ce que le contrepoids ou vérin unique (14) est relié à un lien souple inextensible (15) dont une première partie passe sur au moins une poulie de renvoi (16) portée par le b ti (1) de la machine et dont une deuxième partie, qui passe sur une poulie de renvoi (18) portée par le bàti (1) de la machine dans le plan vertical qui contient l'axe de pivotement précite (6), est reliée au second organe de machine (5,0) qui sont respectivement les projections, sur ce plan vertical, du centre de gravité du second organe de machine (5,11) et de l'axe de pivotement précité (6), et à des distances de ces deux derniers points (G,O) inversement proportionnelles aux poids des deux organes de machine (2 et 5,11). 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième partie du lien souple inextensible (15) est reliée directement au second organe de machine (5,11) d partir de la poulie de renvoi (18) sur laquelle elle passe (Figures 1,2,7 et 8). 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième partie du lien souple inextensible (15) passe entre deux galets de guidage (24,25) portés par la partie supérieure du premier organe de machine (2) et situés de part et d'autre du plan vertical qui contient l'axe de pivotement précité (6)(Figs. 7 et 8). 4.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de liaison de la deuxième partie du lien souple inextensible (15) au second organe de machine (5,11) comportent un palonnier (31) dont le milieu est attaché à ladite partie de lien souple et dont les deux extrémités sont reliées, par deux bielles (32,33) de même longueur, respectivement, à deux points (E,F) dudit second organe qui sont symétriques par rapport au plan géométrique qui contient l'axe (6) de pivotement de cet organe et son centre de gravité et qui sont situés sur une droite passant par le point particulier précité (A) du second organe (Fig. 3). 5.- Dispositif suivant la revendication I, caractérisé en ce que les éléments de liaison de la deuxième partie du lien souple inextensible (15) au second organe de machine (5,11) comportent un galet (42) qui est monté fou dans une chape (21) attachée à ladite partie de lien souple et qui porte contre la surface intérieure concave d'un guide (44) en forme d'arc de circonférence fixé, par ses deux extrémités (45,46), au second organe de machine dans un plan géométrique perpendiculaire a l'axe (6) de pivotement de cet organe et dont le centre est situé sur le point particulier précité (A) du second organe (Figs. 4 et 5).