Brevet FR2504228A1 — publié le 19821022

La présente invention est relative à un mécanisme de transmission du type bielle-manivelle, muni d'un dispositif d'équilibrage dynamique. Plus particulièrement, l'invention concerne aussi une machine de coupe munie d'un bloc de coupe monté sur un tel mécanisme. Un mécanisme bielle-manivelle peut servir à animer une masse, fixée au bout libre de la bielle, d'un mouvement rectiligne oscillant, Dans ce mouvement, des efforts et des couples alternatifs agissent sur l'articulation fixe de la manivelle. Ces efforts et ces couples alternatifs engendrent des vibrations qui affectent évidemment défavorablement le fonctionnement du mécanisme. Divers dispositifs de stabilisation ont été conçu pour supprimer ces vibrations ou, au moins, pour en réduire l'importance. Ces efforts et couples variables responsables des vibrations des mécanismes bielle-manivelle doivent être particulièrement bien équilibrés quand ces mécanismes sont incorporés à des machines de production fonctionnant à des cadences rapides, comme c'est le cas, par exemple, des machines de coupes équipées de blocs de coupe ou de perforation oscillants, pour tôle, papier, carton, films, etc. En effet ces vibrations, entre autres inconvénients, limitent la cadence pratique de production de la machine compatible avec un niveau sonore acceptable, provoquent une usure accélérée des pièces affectées par ces vibrations et sont à l'origine de jeux responsables d'une mauvaise reproductibilité des mouvements des pièces, incompatible avec les tolérances de coupe requises des machines de haute précision. Pour empecher ces vibrations, une première solution consiste à assurer une stabilisation "statique" par masses, en montant le mécanisme bielle-manivelle sur un fort bâti et/ou sur des fondations lourdes. Cette solution présente néanmoins l'inconvénient d'exiger l'installation d'un matériel lourd et encombrant, sans pour autant empêcher l'usure des paliers et autres organes soumis à des efforts variables. Une deuxième solution consiste-à assurer une stabilisation par isolation et par amortissement à l'aide de ressorts, de blocs de caoutchouc ou de coussins d'air. Malheureusement ce type de stabilisation n'est efficace que pour une certaine vitesse de rotation de la manivelle et ne convient donc pas à un mécanisme où l'on souhaite justement faire varier cette vitesse, comme c'est le cas notamment dans les mécanismes destinés à supporter des blocs de coupe oscillants, adaptables à des travaux de coupe ou de perforation variés. Une troisième solution, établissant un équilibrage "dynamique", met en jeu un volant d'inertie qui tourne avec la manivelle autour de l'axe de rotation de celle-ci, pour "lisser" les variations du couple agissant sur cet axe. Ce moyen ne résout pas pour autant le problème de l'équilibrage des efforts alternés appliqués sur l'axe de rotation. Une autre solution consiste à équilibrer, autant que possible, tous les efforts et/ou couples qui provoquent les vibrations. Pour cela on peut raccorder la tête de manivelle à une ou plusieurs autres masses mobiles, agencées de manière à annuler ou réduire efforts et couples agissant sur l'axe de rotation fixe de la manivelle. C'est l'équilibrage "dynamique" adopté notamment dans les moteurs à pistons, en "étoile" ou en "V". Un mécanisme simple de ce type comprend deux masses mobiles sur deux axes orthogonaux, ces masses étant reliées par des bielles à la tête d'une manivelle tournant autour de l'intersection des axes. On obtient ainsi un équilibrage satisfaisant des couples à l'intersection des axes. Par contre les efforts en ce point ne sont pas équilibrés. En outre les masses mobiles sont le plus souvent guidées sur leurs axes par des palier. qui sont sujets à une usure rapide, dans les machinas à grande cadence de fonctionnement. La présente invention a pour but de réaliser un mécanisme de transmission bielle-manivelle équipé d'un dispositif d'équilibrage de ce dernier type, qui ne présente aucun des inconvénients mentionnés ci-dessus. On atteint ce but avec un mécanisme de transmission du type comprenant une première bielle montée entre une masse M1 mobile en trains la tion et une manivelle tournant autour d'un axe de rotation fixe. Suivant l'invention, il comprend en outre (1) une deuxième bielle montée entre une deuxième masse mobile M2 et l'articulation commune à la première bielle et à la manivelle de manière que les couples dus aux masses M et M2 sur l'axe de rotation fixe s'équilibrent, et (2) un contrepoids de masse m monté sur la manivelle de manière à équilibrer la résultante des réactions aux efforts appliqués par les masses M1 et M2 sur l'articulation commune aux deux bielles. Au dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple - la figure 1 est un schéma d'un mécanisme de transmission biellemanivelle classique, - la figure 2 est un schéma d'un mécanisme du type de celui de la figure 1, perfectionné par l'adjonction d'un dispositif d'équilibrage dynamique suivant l'invention, - la figure 3 est un schéma partiel d'une variante du mécanisme de la figure 2 et, - la figure 4 représente un mode de réalisation pratique du mécanisme de la figure 2. Le mécanisme de transmission classique de la figure 1 comprend une manivelle OB de longueur R1 qui tourne autour d'un axe 0. Cette manivelle est raccordée à une masse M1 par une bielle AB articulée en B sur la manivelle et en A sur la masse M1. Celle-ci est guidée sur une trajectoire rectiligne d'axeOx, par des moyens connus non représentés. Si on suppose que la longueur de la bielle AB est grande par rapport à celle de la manivelle OB, l'élongation x du centre de gravité G de la masse M1 quand la manivelle tourne à la vitesse angulaire co est: x= R1sErxt par rapport au centre de la course de M1. L'effort F transmis en B vaut donc approximativement C'est un effort alternatif. Le couple en O vaut I1 change de sens quatre fois par tour. Les variations périodiques de Suivant un premier mode de réalisation de l'invention (voir figure 2) on pallie ces inconvénients en ajoutant, au mécanisme bielle-manivelle classique, un dispositif d'équilibrage constitué (1) d'une deuxième bielle BC qui déplace en C une masse M2, sur la perpendiculaire Oy à l'axe d'oscillation Ox de la masse M1, (2) d'un contrepoids m placé sur la manivelle OB de manière que m et B soient de part et d'autre de O. La masse M2 peut être guidée sur Oy par des paliers. Cependant une telle solution implique une usure des pièces par frottement sur ces paliers. On évite cet inconvénient en montant la masse M2 sur une manivelle CD > commeechématisé à la figure 2. En choisissant une manivelle de longueur suffisante, on définit pour M2 une course quasi-rectiligne, sans faire usage de paliers. Si on suppose que la longueur de la bielle BC est grande par rapport à celle de la manivelle OB, l'effort transmis en B par la bielle BC sera ce qui donne en O un couple C'; C' # F2 x R1 sin sin 2wt Le couple C sera équilibré si |C| = IC'I soit si M2 = M1 (1) Le schéma partiel de la figure 3 correspond à un outre mode de réalisation de l'invention,dans le quel la masse d'équilibrage M2 est remplacée par un volant d'inertie I, qui tourne autour de D et qui est connecté en C à la bielle BC, C se trouvant sur la perpendiculaire Oy à l'axe Ox.Dans ce cas on aura équilibrage des couples en O si avec ICDI = R3 L'utilisation d'un volant à la place d'une masse M2 (bien que créant des efforts alternés en D) est d'exécution plus simple et permet de choisir la position d'équilibre du mécanisme à l'arrêt, par décalage du centre de gravité par rapport au centre de rotation(grâce à l'adjonction de masselottes réglables). Ainsi, on peut obtenir l'équilibrage du couple en O, et donc la suppression des vibrations dues à un couple périodique, à l'aide d'une masse M2 à guidage rectiligne ou pseudo-rectiligne (par bielle, par parallélogramme, par guidage "d'Evans", etc.). Pour supprimer toute vibration, il convient d'équilibrer aussi les efforts périodiques sur le palier 0. Ce but est atteint, dans les dispositifs d'équilibrage des figures 2 et 3, à l'aide d'un contrepoids m monté sur la manivelle qui tourne en O. Sur les figures 2 et 3, F1 et F2 représentent les efforts dus aux masses M1 et M2, respectivement. Ces efforts engendrent en B sur la mani velle des réactions -F1 et -z2 telles que 2 |F1| - M1R1 #2 sinc t |F2| = N2R1 X . coswt = M1R1# . cos Wt, eir M1=M2, le couple étant équilibré comme on l'a vu plus haut (voir relation (1)). La composition de ces deux réactions donne une résultante F R telle que IF | ~ N M1R1 # (en tenant compte des approximations énoncées R Ci-deSSUS) I1 s'agit d'une force tournante colinéaire à OB puisque le couple en O est nul. On peut donc équilibrer cette force F R à l'aide d'un contrepoids m monté en E ( |OE| = R2) sur la manivelle qui tourne en O, de manière à 2 ~~ développer une force centrifuge F telle que Fc + FR = o On atteint ce résultat quand : m R2 = M1R1 (2) Ainsi, aux approximations faites près, on équilibre efforts et couples en O à l'aide (1) d'une masse M2 = M1, ou d'un volant d'inertie équivalent, exerçant en B un effort qui crée un couple en O tel qu'il équilibre celui dû à la masse M1 et, (2) d'un contrepoids m placé en E sur la manivelle du mécanisme à une distance OE = R2 telle que mR2 = M1R1. Cet équilibrage complet supprime les vibrations qui sont engendrées par des efforts et couples alternatifs. On a représenté à la figure 4, un mode de réalisation pratique d'un mécanisme de transmission blelle-manivelle, muni d'un dispositif d'équilibrage suivant l'invention. Ce mécanisme sert, dans une machine de coupe, à déplacer un bloc de coupe de films photographiques,de référence générale 1. Ce bloc de coupe 1 est monté oscillant sur un support monté en parallélogramme (2,3) dont les bras 2 et 3 sont respectivement articulés sur le bâti en 4 et 5, et sur le bloc 1 en 6 et 7. Un tel support ne comprend que des articulations et n'est donc pas sujet à l'usure par frottement qui affecte à la longue les supports du type palier, sur lesquels glissent les pièces à guider. Le mécanisme de transmission comprend une bielle 8 qui est articulée en 9 sur une pièce solidaire du bloc 1. La "manivelle" est constituée par un disque 10 qui tourne autour d'un axe 11. Une extrémité de la bielle 8 s'articule sur ce disque autour d'un axe 12 excentré. Le disque porte une masselotte d'équilibrage m formant contrepoids, centrée dans le plan des axes 11 et 12. Une deuxième bielle 13 s'articule à une extrémité sur l'axe 12 et, à l'autre extrémité, sur un axe 14 solidaire d'un disque M2 pivotant autour d'un axe excentré 16. Le bloc de coupe 1, de masse globale M1, comprend un support 17 duquel déborde une potence 18 qui guide un couteau 19 mobile verticalement. Ce couteau coopère avec un contre-couteau 20 fixé directement sur le support 17. Le couteau 19 est actionné par une bielle 21 montée,à une extrémité, en 22 sur le couteau 19 et, à l'autre extrémité, sur l'axe excentré 12. Quand le disque 10 tourne sous l'action d'un moteur (non représenté), la bielle 21 communique un mouvement vertical oscillant au couteau 19, qui coopère alors avec le contre-couteau 20 pour couper "au vol" un film défilant suivant l'axe de la flèche F, sous l'action de moyens d'entrainement (non représentés). En effet, grâce à la bielle 8, le bloc de coupe 1 "suit" le film pendant la coupe. En comparant ce mode de réalisation au schéma de la figure 2, on remarque que le pied 14 de la bielle 13 est décalé à gauche du plan des axes 11 et 16 correspondant à l'axe Oy de la figure 2. Ce décalage, par rapport à la position sur l'axe Oy du pied de bielle C de la figure 2, répond à des caractéristiques particulières du mode de réalisation de la figure 4. Le décalage permet, d'une part, de définir une position d'équilibre du mécanisme au repos (position basse du disque M2). D'autre part il tient compte de la présence d'une masse animée d'un mouvement vertical oscillant (le couteau 19 et la bielle 21). Enfin, ce décalage permet de corriger les effets de l'utilisation d'une bielle 8 dont le rapport de la longueur à celle de la manivelle (11,12) est un peu faible, par rapport i celui pris en compte dans les calculs développés plus haut. Il est clair que, en dehors des ajustements décrits ci-dessus, qui sont du domaine de l'homme de métier, l'équilibrage des efforts et couples autour de l'axe 11 s'opère comme décrit et représenté en liaison avec la figure 2, où l'axe O joue le rôle de cet axe 11. Grâce au dispositif d'équilibrage qui équipe le mécanisme de transmission suivant l'invention, on a pu faire fonctionner un bloc de coupe de 25 kg à 1200 coups/minute, sur une course d'une amplitude de 3,5 cm, sans vibration et avec un bruit modéré. Sans ce dispositif d'équilibrage, la cadence aurait été limitée à 300 ou 400 coups/minute environ. On remarquera aussi que l'équilibrage obtenu ne dépend pas de la vitesse de rotation de l'axe O (figures 2 et 3). On peut donc faire varier cette vitesse (et donc la cadence de la coupe) sans altérer l'qui librage du mécanisme. En outre, le couple en O étant nul, la puissance d'entraînement nécessaire est limitée à l'absorption des pertes par frottement. L'équilibrage permet aussi de réduire l'usure des paliers en 0. Le dispositif d'équilibrage suivant l'invention se prête facilement à une variation du rayon R1 de la manivelle OB. Une telle variation est utile, par exemple, quand il faut adapter la course d'un bloc de coupe à un nouveau format de coupe.- Cette variation du rayon R1 n'altèrera pas l'équilibrage établi si on maintient R1 et R9 dans le rapport (voir relation (-2)). On pourra adapter R2 à la nouvelle valeur de R1 en montant la masselotte m et l'articulation B sur un moyen tel qu'un mécanisme comprenant deux vis Oye et OB de pas contraire, de telle manière que m et B s'écartent ou se rapprochent de l'axe O dans les proportions voulues. REVENDICATIONS 1 - Mécanisme de transmission du type comprenant une première bielle montée entre une masse M mobile en translation et une manivelle tournant autour d'un axe de rotation fixe, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, en combinaison, (1) une deuxième bielle montée entre une deuxièmemasse mobile M et l'articulation commune àla M2 première bielle et à la manivelle de manière que les couples dus aux masses M1 et M2 sur l'axe de rotation fixe s'équilibrent, et (2) un contrepoids de masse m monté sur la manivelle de manière à équilibrer la résultante des réactions aux efforts appliqués par les masses M et M sur l'articulation commune aux deux bielles. 2 - Mécanisme conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les masses M et M sont égales et sont mobiles sur des axes perpendi culaires qui concourent sur l'axe de rotation de la manivelle, les bielles qui les relient à cette manivelle étant de grandes longueurs par rapport à la distance R1 qui sépare leur articulation commune de l'axe de rotation de la manivelle. 3 - Mécanisme conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la masse M2 est un volant d'inertie relié à la deuxième bielle par une articulation excentrée mobile au voisinage d'un axe qui coupe perpen- diculairement l'axe de la translation de la masse M1 sur l'axe de rotation de la manivelle, en ce que l'inertie I du volant est reliée à la distance R3, qui sépare l'axe de rotation du volant de l'articu 2 lation excentrée, par la relation I = MlR3, et en ce que les longueurs des bielles sont grandes par rapport à la distance R1 qui sépare leur articulation commune de l'axe de rotation de la manivelle. 4 - Mécanisme conforme à l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'axe de rotation de la manivelle est pli entre le contrepoids et l'articulation commune des bielles,. à une distance R2 telle que R2 x m = R1 X M1 5 - Mécanisme conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour faire varier simultanément les valeurs dc R1 et R2 sans changer la valeur de leur rapport. 6 - Mécanisme conforme à l'une quelconque des revendications l et 2, caractérisé en ce que l'une au moins des masses M1 et M2 est montée sur un support articulé définissant un guidage quasi-rectiligne. 7 - Mécanisme conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'une au moins des masses M1 et M2 est guidée dans son mouvement par des paliers rectilignes. 8 - Machine de coupe comprenant un bloc de coupe oscillant, caractérisée en ce que le bloc de coupe est monté comme la masse M1 du mécanisme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9 - Machine de coupe comprenant un bloc de coupe oscillant, caractérisée en ce que le bloc de coupe est monté comme la masse M1 du mécanisme conforme à la revendication 1, en ce que le bloc de coupe comporte un couteau mobile actionné par une troisième bielle reliée à l'articula tion commune des première et deuxième bielles et en ce qu'un moteur fait tourner l'axe de rotation fixe de la manivelle pour actionner simultanément les trois bielles. 10 - Machine conforme à la revendication 9, pour la coupe d'un produit en bande, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour faire défi ler la bande entre le couteau et un contre-couteau fixé sur le bloc de coupe.