Brevet FR2391781A1 — publié le 19781222

L'invention concerne un vibreur comprenant un corps dans lequel un élément de roulement conique tenu d'un cté de façon à pouvoir osciller dans un palier à rotule et tournant autour de son propre axe, roule sur une piste de roulement conique coaxiale au palier l'élément de roulement et la piste se rétrécissant en direction du palier. Dans un vibreur connu de ce type, formant un vibreur interne ou pervibreur et possédant un corps cylindrique en forme de bouteille, l'entraînement de l'élément de roulement, porté par une barre suspendue à la façon d'un pendule, s'effectue par l'intermédiaire d'un arbre flexible qui mene à travers un tuyau élastique à un moteur électrique installé à distance du point de travail proprement dit. Cette construction à moteur électrique séparé est incommode. C'est probablement pour cette raison que l'on ne cannait pas, jusqu'a présent, des vibreurs externes de ce type. L'objet de l'invention est un vibreur correspondant à la définition du premier paragraphe mais-avec lequel les inconvénients d'emploi découlant de la séparation du vibreur et de son dispositif d'entrainement sont supprimés et qui, en particulier, doit pouvoir être réalisé aussi comme vibreur externe. Selon l'invention, un vibreur comme indiqué au début est essentiellement caractérisé en ce que l'élément de roulement est disposé A l'extrémité libre de l'arbre d'un moteur électrique logé dans le corps cylindrique du vibreur, l'autre extrémité de l'arbre étant tenue dans le palier à rotule. L'incorporation du moteur d'entraînement électrique dans le corps du vibreur supprime la nécessité d'une ligne d'arbre flexible assez lourde et gênante pour l'amenée de l'énergie d'actionnement au vibreur. Cette solution est particulièrement avantageuse lorsqu'un vibreur selon l'invention est réalisé comme vibreur externe. Comme il s'est avéré que la fréquence qui convient pour obtenir les meilleurs résultats par la vibration avec les vibreurs externes de compactage est située dans la plage de 100, 150 et 200 Hz, on n'utilise pas de vibreurs avec d'autres fréquences. Les vibreurs externes connus pour le compactage possèdent tous une masse (masselotte) excentrée formant balourd qui circule autour d'un axe et qui est le plus souvent entraînée par un moteur électrique. Pour obtenir la fréquence de vibration optimale, les moteurs électriques des vibreurs externes connus pour le compactage doivent être alimentés avec une fréquence élevée de 200 ou 150 Hz. Le branchement direct sur un secteur triphasé de 50 Hz n'est donc pas possible. Il faut par conséquent utiliser des convertisseurs de fréquence, dont le coté secondaire fournit la fréquence élevée nécessaire. Le moteur électrique d'un vibreur externe de compactage réalisé conformément à l'invention peut au contraire être branché directement sur le secteur triphasé de 50 Hz. Grace au système de roulement mécanique, la fréquence de moteur - de 25 ou de 50 Hz suivant le nombre de pôles - produite par le moteur lorsqu'il est alimenté par un courant triphasé de 50 liz est convertie à la fréquence de vibration optimale nécessaire. L'invention peut être mise en oeuvre de façon très avantageuse lorsque le stator du moteur électrique est si tué entre le palier à rotule et l'élément de roulement. Selon une autre caractéristique de l'invention, on obtient un bon rendement (électrique) du moteur électrique si le. corps feuilleté du rotor et/ou l'alésage quile reçoit du stator du moteur électrique possèdent une telle conicité qutil se forme unilatéralement un entrefer parallèle lorsque la déviation de l'arbre est maximale. L'entrefer supplémentaire nécessaire pour éviter le frottement du rotor lorsque l'arbre est dévié angulairement peut être faible si l'on maintient aussi petit que possible le rapport a:b de la distance a entre le point d'articulation du palier à rotule et le milieu de la longueur axiale du corps feuilleté du rotor calé sur l'arbre et de la distance b entre ce point d'articulation et le milieu de la longueur axiale de l'élément de roulement ou centre de roulement, les distances étant mesurées le long dc l'axe géométrique de l'arbre. De cette manier, le rendement du moteur électrique, qui est bon lorsque l'arbre n'est pas dévié de sa position centrée théorique; ne devient pas moins bon en raison de la déviation. De plus, le palier à rotule peut ainsi être monté sous les têtes des enroulements statoriques du moteur électrique, ce qui permet c obteir une construction compacte du vibreur. Si la masse formant balourd - qui peut être fixée erlou amovible est placée axialement aussi près que possible de l'élément de roulement le centre de gravité statique et le centre de gravité dynamique se trouvent près de la piste de roulement. Le palier à rotule est ainsi déchargé aux dépens de la piste de roulement, de sorte qu'il peut être plus petit. Cette disposition assure en outre que le centre de gravité global du rotor formant balourd - composé de l'arbre tenu par une extrémité de façon à pouvoir osciller et portant l'élément de roulement et le corps feuilleté - décrit. pendant le fonctionnement, un cercle, concentrique à l'axe central du corps du vibreur, qui ne possède qu'un petit rayon, ce qui signifie que le moment d'inertie est faible et favorise donc un démarrage rapide du vibreur. Par la disposition de masselottes détachablesv ctest-à-dire amovibles sur une masse formant balourd qui est fixe, il est possible, après le démontage du flasque dans lequel est située la piste de roulement, de diminuer ou d'augmenter de façon simple la grandeur de la force centrifuge par le retrait ou l'addition d'une ou de plusieurs masselottes. Le palier A rotule peut être constitué dans le cas le plus simple par un roulement à billes à rotule. Ce palier peut également être constitué par un roulement rainuré A billes dont la bague extérieure est maintenue dans une bague de montage à surface extérieure sphérique, elle-meme tenue de manière A pouvoir s'incliner angulairement dans une pièce de montage correspondante fixée dans l'un des flasques du corps cylindrique du vibreur. Selon une troisième forme de réalisation possible, le palier à rotule est constitué par un roulement rainuré à billes monté dans un silentbloc (amortisseur) annulaire fixé dans un flasque du corps cylindrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'un vibreur selon l'invention sous forme d'un vibreur externe de compactage la figure 2 est un détail du stator et du corps feuilleté du rotor du moteur électrique incorporé dans le vibreur de la figure 1 la figure 3 montre une variante du palier à rotule du vibreur de la figure 1 ; et la figure 4 montre une troisième forme de réalisation du palier A rotule du vibreur de la figure 1. La figure 1 représente un vibreur externe qui est utilisable, par exemple, pour compacter du béton. Le vibreur 1 possède un corps 2 essentiellement cylindrique, sur le côté inférieur duquel sont formés des pieds 3 pour la fixation. Dans les extrémités du corps 2 sont montés des flasques 4, 5. Sur le c8té supérieur du corps 2 est disposé, se raccordant d son extrémité représentée à droite sur la figure I, un boltier 6 contenant des éléments de branchement pour un câble de branchement électrique non représenté et, éventuellement, pour des éléments de commutation. A l'intérieur du corps 2 est disposé, dans la même région axiale que le boîtier 6, le stator 7 d'un moteur électrique 8 qui peut être un moteur monophasé ou triphasé. Le stator 7 porte des enroulements 9 dont les têtes 10 font saillie des deux côtés du stator. Le flasque 5 contient un palier à rotule qui est en l'occurrence un roulement a billes à rotule 11. Le roulement Il est monté dans une bague intermédiaire 12, elle-même emmanchée à force dans le flasque 5, et est bloquée axialement du cté intérieur par un anneau d'arrêt 13. L'arbre 14 du moteur électrique 8 est tenu dans la bague intérieure du roulement 11. L'arbre 14 est pressé par un épaulement contre un côté de la bague intérieure du roulement l1 au moyen de deux écrous que l'arbre porte de l'autre côté de cette bague intérieure. L'autre extrémité ou extrémité libre opposée au roulement Il de l'arbre 14 porte un élément de roulement 15 de forme conique qui se rétrécit en direction du roulement 11. Au milieu de sa longueur axiale - au point ou centre de roulement 16 -, l'élément de roulement 15 possède un diamètre moyen désigné par d. L'élément 15 roule dans une piste de roulement 17 qui est également conique et qui est formée dans une douille 18 maintenue dans le flasque 4. La piste 17 se rétrécit dans la même direction que l'élément de roulement conique 15. La piste 17 possède un diamètre moyen, désigné par D, qui est mesuré au milieu de la longueur axiale de la piste 17. Le stator 7 du moteur électrique 8 possède un alésage 19figure 2) conique qui s'évase en direction du flasque 4. A l'intérieur de cet alésage, l'arbre 14 porte un corps de rotor feuilleté 20 dont la surface extérieure est également en forme de cône. La surface extérieure conique du corps de rotor 20 se rétrécit en direction du flasque 4 de manière que, lorsque l'arbre 14 est dévié au maximum, il se forme d'un côté, entre la surface extérieure du corps de rotor et la surface intérieure de l'alésage conique 19, un entrefer parallèle 21 (figure 2), c'est-à-dire un entrefer dont les limites sont parallèles en coupe axiale.En raison des conicités décrites de l'alésage 19 et du corps de rotor 20, on conserve au moteur électrique 8, grace au 1,parallélisme" de l'entrefer 21, un bon rendement électrique. Le corps de rotor 20 est appliqué en direction du flasque 4 cnntre un épaulement 22 de l'arbre 14. La partie plus épaisse de l'arbre 14 qui s'étend à partir de l'épaulement 22 en direction du flasque 4 porte une masse formant balourd 23 qui est fixe et qui est donc située sur l'arbre 14 entre le corps de rotor 20 et 1 SLément de roulement 15. Trois masselottes annulaires 25, formantégalement balourds, sont en outre fixées de façon détachable, par deux vis à six pans creux 24 disposées diagonalement, sur le côté tourné vers le flasque 4 de la masse fixe 23. Dans le vibreur externe représenté sur la figure 1, le rapport de distances a:b est aussi petit que la construction le permet. a est la distance, mesurée le long de l'axe de l'arbre 14, entre le point ou centre de rotation 11' du roulement 11 formant dans cet exemple le palier à rotule et le milieu 20' de la longueur axiale du corps de rotor 20 calé sur l'arbre 14. b est la distance > mesurée le long de l'axe de l'arbre 14, entre le point de rotation 11' et le milieu de la longueur axiale de l'élément de roulement 15, correspondant au point ou centre de roulement 16. Grâce à ce faible rapport entre lesdites distances, l'entrefer supplémentaire qui est nécessaire en raison de la déviation de l'arbre 14 entre le stator 7 et le corps de rotor 20 peut rester faible. Le bon rendement du moteur électrique à stator et rotor parallèles est ainsi conservé. Ce faible rapport permet en outre de placer le roulement 11 sous les têtes 10 des enroulements, ce qui donne une construction compacte au vibreur. Comme on peut le voir sur la figure 1, la masse supplémentaire formant balourd, comprenant la masse fixe 23 et les masselottesamovibles 25, est placée axialement aussi près que possible de l'élément de roulement 15. Le centre de gravité statique et le centre de gravité dynamique se trouvent ainsi à proximité de la piste de roulement 17. Le roulement 11 est de cette manière déchargé et peut donc etre plus petit. Ces mesures ont en outre pour effet que le centre de gravité global 26 n'a qu'un faible rayon de déviation, de sorte que le moment d'inertie est faible, ce qui favorise le démarrage rapide du vibreur. Fonctionnement Le moteur électrique 8, s'il est branché sur un secteur à 50 Hz, produit une fréquence de moteur de 25 ou 50 Hz, suivant le nombre de ses pales. Sous l'effet de la pesanteur C, attaquant dans le centre de gravité26 du rotor formant balourd composé de arbre 14, du corps de rotor 20 et des masses 23, 25, l'arbre 14 est tiré d'une position médiane (théorique) représentée sur la figure 1 à une position où la déviation est maximale (angle de déviation a) et où l'élément de roulement 15 est applwé contre la piste de roulement 17. L'élément 15, tout en tournant autour de son propre axe, roule-pendant le fonctionnement dans la piste conique 17. La fréquence de moteur citée ci-dessus est convertie par le système de roulement mécanique à une fréquence de vibration suivant la formule f vibration = i x f moteur où D d Dans des vibreurs externes réalisés conformément à ltinvention, le rapport de conversion i choisi était compris entre 3,5 et 7 et de préférence de 4. Comme il ressort de la formule ci-dessus, l'élément 15, ayant le diamètre extérieur moyen d, roule dans la piste 17, ayant le diamètre intérieur moyen D > àune fréquence multiple conforme au rapport de conversion i de la fréquence de moteur électrique. Le centre de gravité global 26 du rotor formant balourd - comprenant les éléments 14, 20, 23 et 25 - et ayant la masse m est dévié d'un rayon r. La force centrifuge F produite pendant la révolution correspond à 2 F = m x r xu > vibreur En raison de l'importante sollicitation mécanique, l'élément de roulement 15 et la piste de roulement 17 sont en acier trempé. Bien que l'élément 15 et la piste 17 du vibreur externe représenté sur la figure 1 sont coniques, la surface de roulement de l'élément 15 et/ou de la piste 17 pourrait être également sphérique. La figure 3 représente une deuxième forme de réalisation du palier à rotule. Le palier est formé dans ce cas d'un roulement rainuré à billes 30 dont la bague extérieure est maintenue dans une bague de montage 31 possédant une surface extérieure- sphérique. La bague 31 est disposée elle-mëme, de façon à pouvoir être déviée angulairement, dans une pièce de montage 32 correspondante qui est maintenue dans le flasque 5 du corps cylindrique 2 du vibreur. La pièce 32 possède un nez 33 qui est engagé dans une encoche 34 de la bague 31 et qui empêche la rotation de cette dernière, tout en permettant sa déviation ou inclinaison angulaire. La figure 4 montre un troisième exemple de réalisation du palier rotule. La palier est formé dans ce cas d'un roulement rainuré à billes 40 disposé dans un anneau 39 formant un silent-bloc (amortisseur). L'anneau 39 est lui-mBme maintenu dans le flasque 5 du corps cylindrique 2 du vibreur. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être durits. Il est notamment possible de disposer l'élément de roulement fixe 9 > ns le corps du vibreur et de prévoir une piste de roulement oscillante (capable de décrire un mouvement giratoire). De plus il n'est pas nécessaire que le corps du vibreur soit fermé ; il peut également être réalisé à la façon d'un bati, dans le cas d'un vibreur externe par exemple. REVENDICATIONS 1. Vibreur comprenant un corps dans lequel un élément de roulement conique, tenu d'un caté de façon pouvoir osciller dans un palier à rotule et tournant autour de son propre axe, roule sur une piste de roulement conique coaxiale au palier, ltélement de roulement et la piste se rétrécissant en direction du palier, caractérisé en ce que l'élément de roulement est disposé à l'extrémité libre de l'arbre d'un moteur électrique logé dans le corps cylindrique du vibreur, l'autre extrémité de l'arbre étant tenu dans le palier à rotule. 2. Vibreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator du moteur électrique est situé entre le palier à rotule et l'élément de roulement. 3. Vibreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps feuilleté du rotor et/ou l'alésage qui le reçoit du stator du moteur électrique possèdent une telle conicité qu'il se forme unilatéralement un entrefer parallèle lorsque la déviation de l'arbre est maximale. 4. Vibreur selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que le rapport de distances a:b est aussi petit que possible, a étant la distance entre le point d'articulation du palier a rotule et le milieu de la longueur axiale du corps feuilleté du rotor calé sur l'arbre et b étant la distance entre ce point d'articulation et le milieu de la longueur axiale de l'élément de roulement ou centre de roulement, les distances étant mesurées le long de l'axe géométrique de l'arbre. 5. Vibreur selon lune quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que le rapport de conversion i de l'élément de roulement mobile dans la piste de roulement est choisi entre 3, 5 et 7, i étant égal a 1 = D, D étant le diamètre moyen de la piste deroulement et d étant d le diamètre moyen de l'élément de roulement. 6. Vibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'arbre du moteur porte une masse fixe formant balourd entre le corps feuilleté du rotor et l'élément de roulement. 7. Vibreur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins un masselotte formant balourd est fixée de façon amovible à la masse fixe. 8. Vibreur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la masse ou les masses formant balourd est ou sont disposées aussi près que possible de l'élément de roulement, dans le sens axial, de préférence directement cbté de lui. 9. Vibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le palier a rotule est un roulement à billes à rotule. 10. Vibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le palier a rotule est un roulement rainuré à billes, dont la bague extérieure est disposée dans une bague de montage ayant une surface extérieure sphérique et disposée elle-même de façon a pouvoir être déviée angulairement dans une pièce de montage correspondante maintenue dans un flasque du corps cylindrique du vibreur. 11. Vibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le palier a rotule est formé d'un roulement rainuré à billes disposé dans un élément annulaire formant amortisseur tenu lui-même dans un flasque du corps cylindrique du vibreur. 12. Vibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la surface de roulement de l'élément de roulement et/ou de la piste de roulement est sphérique. 13. Vibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est réalisé comme un vibreur externe dont le corps porte des pieds pour la fixation. 14. Vibreur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la piste de roulement conique est disposée dans un flasque fixé de façon amovible sur le côté opposé au palier à rotule du corps cylindrique du vibreur.