Brevet FR2510255A1 — publié le 19830128

PERFECTIONNEMENTS AUX MECANISMES D'EQUILIBRAGE DE CHARGES. L'invention concerne les mécanismes d'équilibra- ge de charges et elle Vise plus particulièrement, bien que non exclusivement, les têtes basculantes de montage destinées à compenser le couple provoqué par la masse en désiquilibre d'une caméra, ou d'un appareil analogue, montée sur la tête de montage, lorsqu'on la fait pivoter autour de l'axe de basculement. Il existe de nombreux mécanismes d'équilibrage de charges, utilisant par-exemple des pressions hydrauli- ques ou pneumatiques agissant sur des pistons, des pres- sions élastiques agissant sinusoldalement ou linéaire- ment, soit directement, soit par l'intermédiaire de cames Toutefois la plupart de ces moyens sont un com- promis et on ne peut obtenir un équilibre parfait sans- adjonction de poids d'équilibrage ou d'autres systèmes analogues aux extrémités de la plage d'équilibrage in- dispensable En outre, le réglage du système en fonction de charges à équilibrer différentes nécessite des chan- gements de ressorts ou entraîne une perte d'équilibre. L'invention vise donc un dispositif permettant d'équilibrer de manière simple une masse à l'encontre de la gravité pour des appareils tels que montures basculantes, grues, dispositifs de levage, supports équilibrés, lampes, sièges à inclinaison réglable, etc; le dispositif suivant l'invention étant facile à régler en fonction des charges différentes à équili- brer. Le dispositif d'équilibrage suivant l'invention comprend des moyens de compression agissant sur un premier système élastique et des môyens pour comprimer un deuxième système élastique, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le premier système élastique fonctionne suivant la loi des sinus, le deuxième sys- tème élastique fonctionnant selon une constante moins la loi des cosinus, lesdits premier et deuxième systèmes élastiques étant indépendants mais agissant en corréla- tion du fait du mécanisme combiné des moyens de compres- sion du premier système élastique et des moyens pour comprimer ledit deuxième svstème élastique. Suivant une forme préférée de réalisation, le premier et le deuxième systèmes élastiques sont cons- titués par des ressorts. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple, plu sieurs modes de réalisation de i'invention. La figure 1 est une vue schématique du dispositif suivant l'invention appliqué à une tête de montage-bas- culante au repos. La figure 2 illustre le fonctionnement du disposi- tif de la figure 1 lorsque la tête de montage bascule dans le sens des aiguilles d'une montre. La figure 3 illustre le fonctionnement du dispo- sitif de la figure 1 lorsque la tête de montage bascule en sens inverse des aiguilles d'une montre La figure 4 illustre I'application à une grue du dispositif selon l'invention. La figure 5 illustre le problème théorique. Sur la figure 1 on a représenté un mécanisme constitué par un étrier équilibré comprenant une poutre 1 comportant des traverses 2 sur lesquelles sont montés pivotants des galets 3 La poutre traverse un bloc 4 sur lequel reposent les galets 3 Quatre galets de position- nement 5 empêchent le déplacement latéral de la poutre 1 mais autorisent son libre déplacement longitudinal. Une plateforme 6 montée sur un bras coudé 7, articulé par une broche 8, sert de support à une caméra de tlé- vision ou à un appareil analogue L'extrémité du bras 7 opposée à la plateforme 6 est articulée sur le bloc 4 par une broche 9 Un ou plusieurs ressorts 10, montés entre la poutre 1 -et une console 11 fixée sur le bloc 4 obéissent à la loi des sinus-et à l'état détendu ils sont de niveau avec la plateforme Un ou plusieurs autres ressorts 12 sont montés entre une plaque 13 fi- xée sur l'extrémité de la poutre 1 et une plaque régla- ble 14, de manière que la tension du ou des ressorts 12 puisse être réglable. Comme illustré sur la figure 2, lorsqu'on incline la plateforme 6 dans le sens des aiguilles d'une montre en la faisant pivoter autour de la broche 8, le bloc,4 est poussé vers le bas par la force qui agit sur la broche 9 et il est donc déplacé vers la gauche, comme représenté par la flèche, par rapport à sa position initiale Ce déplacement a-pour effet de comprimer le ressort 10 et en même temps, du fait de l'action des galets 3, la poutre 1 est poussée vers la gauche entre les galets de positionnement 5 pour comprimer le ou les ressorts 12 Pour un ressort 12 donng, l'énergie em- magasinée dans les ressorts 10 et 12 va contrebalancer la masse déplacée de lacanéra ou de l'appareil analogue monté sur la plateforme 6 Pour faciliter l'équiiibrage de diverses charges sur la plateforme 6, on peut appli- ques au(x) ressort(s) 12 un déplacement initial en le ou les comprimant au moyen du système de réglage de la plaque 14. La figure 3 illustre le cas o l'on fait pivoter la plateforme 6 en sens inverse des aiguilles d'une montre Le bras 7 déplace là encore la broche 9 vers la gauche, ainsi que le bloc 4 qui comprime le ou les res- sort 12, mais en même temps il soulève le-bloc 4, ce qui met le ressort 10 sous tension Toutefois, comme le res- sort 10 obéit à la loi des sinus, des valeurs égales de compression ou de tension emmagasinent la même quan- tité-d'énergie dans le ressort. On peut utiliser'divers moyens pour obtenir le déplacement sinusoidal voulu du ressort, tels que des plateaux oscillants qui font varier la compression ou la tension des ressorts lorsque la plateforme pivote autour de la broche de pivotement On peut tout aussi bien utiliser des excentriques ou des cames suivant les cas et suivant la géométrie générale du mécanisme En fait, on peut utiliser tout moyen permettant d'obtenir deux dispositifs indépendants à mouvement harmonique simple. La figure 4 illustre un exemple d'un mécanisme qui produit le déplacement voulu desressorts. La figure 5 illustre la théorie suivante: Lorsque la plateforme, ou masse M bascule, la perte d'énergie potentielle égale Mg R (l-Cos O) (l) et cette énergie doit être emmagasinée par les ressorts pour que l'équilibre soit obtenu. Si on suppose deux ressorts déformés indépendam- ment de façon que: Pour le ressort A Déformation 6 A = (x-a Cos O)"x" représentant le déplacement statique initial du ressort et "a" l'am- plitude du terme cosinus. L'énergie alors emmagasinée dans le ressort A, tandis queecroit à partir de zéro est égale à: 2-x 2) EA = 2 KA A KA représentant le taux du ressort A = (a 2 Cos 2 a2 ax Cos) -( 2) 2) Pour le ressort B Déformation 6 B b Sin L'énergie emmagasinée tandis que I croit à partir de zéro est égale à EB = b 2 Sin KB ( 3) L'énergie totale emmagasinée dans le ressort est donc égale à K 2 2 E+E A a Cos 8 + Bb Sin -a X A Cos ET = EA + B 2 a 2 2 Si on-choisit K = K Bb, on obtient ET = A a A ax Cos T 20 = K Aa 2 K Aax} + Kax (l-Cos) ( 4) t-j A A Terme constant Terme d'équilibrage (cf ( 1)) Pour l'équilibrage, Mg R = K Aax L'amplitude du terme d'équilibrage varie avec x (déplacement initial du ressort A) et on peut donc le faire varier de façon simple en modifiant le régla- ge initial du ressort A, c'est-à-dire du ressort qui repond à la loi des cosinus De cette manière on peut contrebalancer différentes chargez à équilibrer au moyen d'un réglage variable sans à coups et sans aucune perte d'équilibre. Comme indiqué plus haut, il est évident pour - l'homme de l'art que le dispositif de-l'invention peut être utilisé dans de nombreuses applications La figure 4 illustre l'application du systètae à une grue o une force minimale suffit pour lever ou abaisser une masse M qui est équilibrée par l'interaction de deux systèmes de ressorts A et B Le réglage du déplacement du ressort A permet de parfaitement équilibrer une grande variété de charges. De même, si dans la description qui précède on a surtout fait mention de l'utilisation de ressorts 10- 12, d'autres systèmes élastiques connus ayant une ca- ractéristique linéaire charge/déplacement pourraient être utilisés. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisations décrits et représentés, elle est susceptibles de nombreuses variantes acceesibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, sans qu'on s'écarte pour cdla de l'esprit de l'in- vention. * REVENDICATIONS 1. Dispositif d'équilibrage de charges compre- nant des moyens de compression ( 1) et ( 11) d'un pre- mier système élastique ( 10) et des moyens ( 13) et ( 14) pour comprimer un deuxième système élastique ( 12), caractérisé en ce que le premier système élastique ( 10) fonctionne suivant la loi des sinus, le deuxième système élastique ( 12) fonctionnant suivant une constante moins la loi des cosinus, et lesdits premier et deuxièmes sys- tèmes élastiques étant indépendants mais agissant en corrélation du fait du mécanisme combine ( 1) et ( 4) des- dits moyens de compression ( 1) et (li) du premier systè- me élastique ( 10) et des moyens ( 13) et ( 14) pour com- primer le deuxième système élastique ( 12). 2 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le deuxième systè- mes élastiques sont constitués par des ressorts( 10-12). 3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est utilisé sur une monture basculante. 4. Dispositif suivant la revendication 3, carac- térid en ce que la monture basculante comprend une plateforms de support ( 6), un bras ( 7) fixé à ladite monture et agissant sur un bloc ( 4) pour transformer le déplacement angulaire de ladite plateforme ( 6) lors- qu'elle bascule en forces linéaires s'exerçant sur le premier système de ressort ( 10) et en mouvement linéaire s'appliquant à une poutre ( 1) pour comprimer le deuxiè- me système de ressort ( 12) en fonction de l'angle de l'inclinaison de ladite plateforme ( 6) de façon que les forces résultantes du premier et du deuxième sys- tèmes de ressort soient épales et opposées aux forces engendrées par l'inclinaison de ladite plateforme. 5. Dispositif suivant la revendication 4, carac-, térisé en ce qu'on peut régler la tension initiale du deuxième système de ressort ( 12) pour l'adapter à la gamme des forces résultantes nécessaires à l'équili- brage d'une charge disposée sur ladite plateforme de support ( 6). 6. Dispositif d'équilibrage de charges suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est utilisé sur une machine pour la commande de l'4 lé- vation d'une charge. 7. Dispositif suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que ladite machine comprend une poutre, un support de poutre articulé en un point sur la lon- gueur de la poutre, le premier système de ressort étant monté entre ladite poutre etledit support de poutre, et le deuxième système de ressort étant monté entre la- dite poutre et ledit support de poutre de façon qu'une charge supportée à l'une des extrémités de ladite pou- tre soit équilibrée lors de son élévation par l'effet combiné de la compression du deuxième système de ressort et de la compression ou de l'extension du premier sys- tème de ressort. 8. Dispositif suivant la revendication 3, carac- térisé en ce qu'on peut régler la tension initiale du deuxième système de ressort pour l'adapter à la gamme des forces résultantes nécessaires à l'équilibrage d'une charge disposée à l'une des extrémités de ladite poutre.