Brevet FR2622662A1 — publié le 19890505

La présente invention concerne un dispositif pour équilibrage dynamique des mécanismes à piston, soit dans un moteur thermique, dans un compresseur ou dans une presse mécanique. L'objet de l'invention consiste à éliminer les vibrations de masse de premier ordre dans un mécanisme à piston tournant à grande vitesse avec une masse oscillatoire importante particu lièrement dans le système à un cylindre L'invention présentée dans DE-AS 2149220 appliquant le principe de la roue de Cardan avec la roue dentée planétaire, porteur de masse équilibrante, tournant dans l'axe du maneton à côté de la te te de bielle alourdit en conséquent la masse rotative du mécanisme à piston. le dispositif d'équilibrage présenté par GB-PS 512662 avec une roue dentée planétaire, porteur de masse équilibrante, fixée pivotant dans un palier derrière le maneton ayant son axe de rotation parallèle à l'axe du maneton, et à l'aide d'une autre roue dentée concentrique au tourillon, tourne relativement à la manivelle avec la même vitesse angulaire et de même sens du vilebrequin. Ces deux dispositifs nécessitent de grands contre-poids dans la queue des manivelles. Ce qui alourdit aussi l'inertie du système. "e dispositif conforme à l'invention par contre utilise des roues dentées(2 et 3) et le contre-poids secondaire(4) comme contre-poids pour contre-balancer l'ensemble des masses rotatoires du mécanisme. Il comporte en effet un contre-poids secondaire(4)solidement fixé à l'extrémité de l'arbre(3a) tournant dans le palier(5) de la roue dentée(3). Le palier(5) étant monté dans le contrepoids primaire(6) de la manivelle(7) du mécanisme.la roue dentée (3) s'engrené avec la roue dentée(2),également montée pivotant dans un palier(11) dans le contre-poids primaire(6), qui à son tour s'engrène avec la roue dentée(1) concentrique au tourillon(8). La roue dentée(1) est munie d'un alésage intérieur(9) destiné à recevoir un coussinet (10) ou des roulements. Cette roue dentée (1) est fixée solidement au corps(12) de la machine et elle est servie aussi de palier au tourillon(8) du vilebrequin, Grâce à un rapport de réduction de 2 à 1 de la roue dentée(1) à la roue dentée (3) le contre-poids secondaire (4) tourne relativement à la manivelle(7) avec une double mais inverse vitesse & gulaire du vilebrequin. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente la vue du vilebrequin et en coupe le dispositif selon l'invention. La figure 2 représente en coupe AB le dispositif selon l'invention avec visiblement l'engrenage entre les trois roues den tées dans leur disposition relative. P l'axe du maneton , 0 l'axe du tourillon(8),2 l'axe de la roue dentée (3) et du palier (5). La figure 3 illustre un exemple d'application de l'invention dans un moteur à deux temps où les paliers sont des roulements à billes. La figure 4 représente schématiquement le dispositif selon l'invention dans une coupe a travers les roues dentées. Il est à noter que le nombre de dents Z2 de la roue dentée(2) peut être indépendemment choisi,tandis que Z1 = 2 z3 Zi le nombre de dents de la roue dentée i La figure 5 illustre la force centrifuge Fg de la surmasse des contre-poids, la force oscillatoire FI dans la verticale S du cylindre et la force équilibrante Fa du contre-poids secondaire(4) en projection dans un plan donné. G le centre de la surmasse instantané des contre-poids(6,6a..) M le barycentre relatif de la surmasse m du contre-poids secondaire(4). la surmasse étant la masse partielle qui donne lieu à une force centrifuge. Fgh et Fgv sont de composante horizontale et verticale de Fg. Fah et Fav sont de composante horizontale et verticale de Fa. On constate que Fav s'ajoute à Fgv pour mieux équilibrer FI, tandis que Fah contre-balance la force horizontale Fgh des contre-poids. La fifre 6 illustre d'une part le tracé elliptique du point M,barycentre de la surmasse m du contre-poids secondaire(4), et d'autre part dans un plan de projection toutes les forces centrifuges dues à la rotation du vilebrequin. FI est repré sente'e par un vecteur tournant. Four des raisons de simplicité dans le calcul de surmasse Ng des contre-poids, qui en présence de la surmasse m tournante du contre-poids secondaire(4) n'ont plus de centre de masse fixe relatif à la manivelle, on imagine que la surmasse m soit concentrée dans l'axe 2 de la roue dentée (3) M(m) = T(m) il en résulte que G' soit le centre stabile mais fictif des contre-poids, à la distance 0G' de l'axe 0 du tourillon(8). La surmasse Mg doit équilibrer FI à 50% : (1) Fg = Mg.OG'.w = 0,5 FI = 0,5 Mos.B.w2 w la vitesse angulaire du vilebrequin supposée constante Mos l'ensemble des masses oscillatoires. ss=OP le rayon de la manivelle Dans la suite on veut que Fa apporte encore 40% de F (2) Fa = 0,4 FI = 0,4 Mos.i3.w2 . Comme le contre-poids secondaire(4) tourne à 2w (3) Fa = m.r.(2w)2 = 4 m.r.w2 r=MT la distance du barycentre M de la surmasse m à l'axe T. De (2) et (3) : (4) m.r = 0,1 Mos.ss ou (5) m.r.w = 0,1 Mos.ss.w = 0,1 FI Il apparaît donc d'une part que FI soit équilibrée à 90% dans tous les angles wt de la manivelle(?), avec Fgv + Fav = 0,9 FI Cos wt , et que d'autre part Fgh = 0,5 FI Sin wt ne soit pas entièrement équilibrée par Fah = 0,4 FI Sin wt , la différence étant Fah - Fgh = -0,1 FI Sin wt En réalite puisque la surmasse réelle m n'est pas concentrée en m mais bien en M,il existe une variation des forces cen trifuges entre la surmasse m réelle en X et la surmasse m fictive en T . t étant le temps.L'équation dynamique de la surmasse m fictive en T : OT = OT.e-iwt OT = - OT.wȇ-iwt La force centrifuge fictive Fm issue de m en T a le sens contraire à OT en repère absolu OX,OY Fm = -m.OT = m.OT.w2.e~iWt 'équation dynamique de la surmasse m réelle en M OM = OT.e-iwt + r.eiwt OM = -OT.wȇ-iwt -r.w.eiwt La force centrifuge réelle Rm issue de la surmasse m en M a le sens contraire à OM en repère absolu OX,OY Rm = -m.OM = m.OT.w.e-iwt + m.r.w.eiwt la variation vectorelle est tSFg = Rm - Fm = m.r.w2.ei selon (5) = 0,1 FI eiwt c'est-à-dire qu'il existe pour tous les angles de la manive lle une force complémentaire égale à 10% de FI qui s'ajoute à Fav et à Fah pour équilibrer complétement la force de masse oscillatoire F1 et la force horizontale Fgh. les valeurs de m et de r dans l'équation (4)peuvent être librement choi sies selon la construction. La figure 7 illustre le mécanisme à piston au point PMB. Toutes les forces équilibrantes se trouvent sur la verticale S du cylindre; La variation vectorielle se réduit à = (OM - OT).m.w = 0,1 FI REvEICATI0S 1. Dispositif pour équilibrage dynamique des mécanismes à piston muni d'un contre-poids secondaire(4) sur l'arbre(3a) de la roue dentée(3), actionnée par une roue dentée(1) concentrique au coussinet(10) et solidaire dans le corps(12), et tournant dans le contre-poids primaire(6) de la mani velle(7), est caractérisé en ce qu'il comporte une roue dentée(3) sur l'arbre(3a) pour un contre-poids secondaire (4) qui engrène avec une roue dentée intermédiaire (2), laquelle engrène dans la roue dentée(1) concentrique au coussinet et solidaire dans le corps (12). ( Fig 1 et 2 ). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la roue dentée (1) concentrique au coussinet(10) et solidaire dans le corps(12) est extérieusement dentée et possède deux fois plus de dents que la roue dentée(3) sur l'arbre (3a) pour le contre-poids secondaire(4) tournant dans le contre-poids primaire (6) .