Brevet FR2649021A1 — publié le 19910104

La présente invention concerne le matériel de vibrations et a notamment pour objet un générateur de vibrations. Les domaines dans lesquels l'emploi de la pré- sente invention se manifeste le plus efficacement sont le traitement de stabilisation des pièces par vibrations après leur usinage par pression ou par coupe ainsi qu'- après le soudage ou la coulée en vue de stabiliser les paramètres géométriques et la forme des pièces ou de ré- duire les contraintes résiduelles, de même que la charge de vibrations pour l'essai de l'influence des surcharges de vibration sur la fiabilité d'utilisation et la tenue aux vibrations, par exemple dans les appareils volants. Les autres domaines dans lesquels peut être uti- lisée la présente invention sont le traitement abrasif par vibrations de pièces, par exemple dans des installations pour l'ébavurage ou le décalaminage, la production de matériaux pour bâtiment (par exemple des installations pour le compactage du béton et pour l'enfoncement des pieux), la construction des routes (par exemples des rou- leaux compacteurs pour le compactage de l'asphalte ou du gravier) ainsi que lesdispositifs de transport, par exem- ple des convoyeurs vibrants ou des alimentateurs vibrants. A l'heure actuelle, l'élargissement des possibi- lités technologiques d'un matériel vibrant se trouvant à l'étape de la mise au point est un problème assez impor- tant car on vise à réduire le temps de traitement d'une pièce et respectivement la consommation d'énergie élec- trique ainsi qu'à augmenter la capacité du traitement par unité de temps et la qualité de ce traitement. Les géné- rateurs mécaniques de vibrations à inertie avec des mas- ses de déséquilibrage, qui sont les plus simples en utili- sation et assurent une valeur relativement grande de l'ef- fort perturbateur,sont les plus largement utilisés. Selon les conditions d'utilisation du matériel vibrant, il faut bien souvent régler l'effort perturbateur dans une large plage de valeurs,par exemple pour régler l'amplitude des oscillations des installations de vibrations. La valeur de l'effort de vibration créé est directement proportionnelle à la valeur du poids de la masse de déséquilibrage, excentrique par rapport à l'axe de rotation de la roue d'entraînement, à la valeur de la distance entre le centre de cette masse et l'axe de rota- tion de l'arbre d'entraînement et à la valeur du carré de la fréquence de rotation (vitesse angulaire) de l'arbre d'entraînement. Du fait que la variation de la fréquence de rota- tion de l'arbre d'entraînement dans une large plage de va- leurs nécessite l'utilisation d'un moteur à courant continu en combinaison avec un régulateur de la tension fournie, les procédés les plus simples pour la variation de l'ef- fort perturbateur sont la variation de la masse excentrique du générateur de vibrations ou bien la variation de la dis- tance entresoncentre de gravité et l'axe de rotation de l'arbre d'entraînement. On connait un générateur centrifuge de vibrations dans le corps duquel est disposé un arbre d'entraînement avec possibilité de rotation et un disque équilibré à trous est fixé à demeure sur l'arbre, dans ses trous sont engagées une ou plusieurs tiges pour la régulation de la masse excentrique ("Mécanismes", guide-mémoire de Kozhevnikov S.N. et autres, 1976, M-ashinostroenie (Moscou) page 669 figure 11.4). La fabrication compliquée de ce géné- rateur de vibrations réside dans le fait qu'il est néces- saire de fixer les tiges escamotables en toute fiabilité en combinant en même temps leur remplacement rapide pour la variation de la valeur de l'excentricité de la masse. On connaît un générateur de vibrations qui com- porte un arbre d'entraînement sur lequel sont fixées des masses de déséquilibrage, fixe et mobile en direction circonférentielle, la masse mobile étant fixée sur l'arbre directement au moyen d'un clavetage et comprenant plusieurs rainures de clavetage qui déterminent le nombre de ses positions par rapport à la masse fixe ("Mécanismes", guide-mémoire de Kozhevnikov S.N. et autres, 1976, Mashi- nostroenie (Moscou), page 668, figure 11.3,). En tour- nant la masse mobile par rapport à la masse fixe, on pro- voque le déplacement de leur centre commun de gravité par rapport à l'axe de rotation de l'arbre d'entraînement et par conséquent on change l'effort de vibration qui est créé par le générateur. L'inconvénient commun propre aux générateurs de vibrations ci-dessus décrits réside dans la plage étroite de régulation de l'effort de vibration, ce qui limite le domaine d'utilisation des installations. Le générateur centrifuge de vibrations (DE, C, 1297928) comportant un arbre fixe monté sur un moteur élec- trique est le plus proche, d'après son principe essentiel, de la présente invention. Une masse de déséquilibrage sous la forme d'un guide arqué est montée sur le corps du moteur électrique et l'autre masse mobile de déséquilibrage, réalisée sous la forme d'un élément arqué, est montée dans cette première masse. Les masses de déséquilibrage sont pourvues d'un mécanisme pour la régulation de leur posi- tion mutuelle, lequel a la forme d'un fixateur en tige qui est poussé par un ressort en direction radiale. Une extrémité du fixateur se dégage audelà de la masse fixe de déséquilibrage et l'autre extrémité est engagée avec possibilité de se déplacer dans un trou radial borgne qui passe par la masse fixe et le corps du moteur électrique. L'extrémité en saillie du fixateur rentre dans l'un des trous radiaux débouchants qui sont prévus-sur la masse de déséquilibrage en fonction de la valeur requise du mo- ment statique qui change en déplaçant les centres des poids des masses mobile et fixe de déséquilibrage par le déplacement de la masse mobile suivant une circonférence. La valeur du moment statique des masses de déséquilibrage est proportionnelle à la valeur de l'effort perturbateur engendré. Pour régler cet effort perturbateur, on intro- duit, dans le trou coopérant avec l'extrémité de la tige, une tige cylindrique ou un tournevis permettant de mettre l'extrémité du fixateur dans 1.e trou radial et de transfé- rer la masse de déséquilibrage à la position suivante cor- respondant à l'angle entre deux trous voisins. Dans ce cas, le fixateur s'engage dans le trou voisin de la masse mobi- le de déséquilibrage d'o il ne peut être sorti qu'à l'ai- de de la tige ou du tournevis. L'inconvénient essentiel du générateur de vibra- tions réside dans le fait que le mécanisme de régulation de la position mutuelle des masses de déséquilibrage ne permet de changer l'effort perturbateur dans une large plage de valeurs ce qui ne permet pas d'effectuer un trai- tement de pièces d'une large nomenclature par vibrations. L'autre inconvénient du générateur de vibrations réside dans la régulation compliquée de l'effort perturbateur du fait que le procédé de régulation nécessite le recours à un outillage spécial, par exemple, à une tige ou à une barre qu'il faut engager en succession dans chacun des trous cylindriques débouchants sous lesquels passe le fixa- teur escamotable, ce qui augmente le temps total de régu- lation. En outre, l'inconvénient du générateur de vibra- tions réside dans son coefficient relativement important de résistance frontale par suite de la présence d'un jeu entre la masse mobile de déséquilibrage et le corps du moteur,ce qui augmente le niveau du bruit lors du fonc- tionnement du générateur de vibrations. On s'est donc proposé de mettre au point un géné- rateur de vibrations dans lequel les masses de déséquili- brage seraient réalisées de manière à assurer la possibi- lité d'augmenter la plage de la régulation de l'effort perturbateur. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un générateur de vibrations qui comporte un arbre d'entraine- ment sur lequel sont montées des masses de déséquilibrage dont l'une est disposée d'une manière immobile et l'autre de façon à pouvoir tourner par rapport à l'arbre et un mé- canisme de régulation de leur position mutuelle qui a la forme d'une tige poussée parun ressortdans la direction axiale et qui est montée dans l'une des masse de déséqui- librage de façon à pouvoir être déplacée radialement et qui entre en coopération avec l'autre masse de déséquilibrage, caractérisé en ce que l'une des masses de déséquilibrage a la forme d'un boîtier cylindrique ayant des trous ra- diaux à sa surface intérieure cylindrique et l'autre masse de déséquilibrage a la forme d'une partie d'un cylindre qui est disposée à l'intérieur du boîtier et sur laquelle est montée une tige s'engageant dans l'un des trous ra- diaux du bottier. La conception proposée des masses de déséquili- brage permet d'augmenter le nombre des trous dans lesquels s'engage la tige qui se déplace radialement et d'élargir ainsi la plage de régulation du moment statique qui peut varier dans un intervalle de zéro à sa valeur maximale. En conférant aux masses de déséquilibrage une forme carénée, on diminue le niveau de bruit lors du fonctionnement du générateur de vibrations grâce à la réduction du coeffi- cient de résistance frontale de chacune des masses de désé- quilibrage. Selon une variante préférentielle de l'invention, le mécanisme de régulation comporte une tige auxiliaire qui est poussée par un ressort en direction radiale et qui est montée dans la masse intérieure de déséquilibrage. La présence de la tige auxiliaire sur la masse de déséquilibrage,qui coopère avec la tige principale, permet de réduire le diamètre des trous dans lesquels s'engagent les deux tiges et d'augmenter ainsi le nombre de trous dans le boîtier cylindrique en gardant ses cotes d'encombrement imposées,ce qui élargit la plage de régula- tion de l'effort perturbateur et respectivement, les pos- sibilités technologiques du générateur de vibrations. Selon une autre variante de réalisation de l'in- vention, chaque tige est munie d'une saillie et des rainu- res radiales sont prévues sur la surface extérieure fron- tale de la masse intérieure de déséquilibrage pour l'em- placement des saillies de tiges, et dans ce cas, les trous radiaux dans le boîtier cylindriques sont borgnes. En réalisant la saillie s'engageant dans la rainu- re radiale sur la surface extérieure frontale de la masse de déséquilibrage, on offre la possibilité de simplifier le procédé de dégagement du fixateur du trou du boîtier cylindrique dans lequel il est engagé, de réduire ainsi le temps d'ajustage du générateur de vibrations pour une valeur requise de l'effort perturbateur et d'améliorer les conditions de son entretien. En réalisant des trous borgnes dans la masse de déséquilibrage qui a la forme d'un boitier-cylindrique, cela permet de réduire sensiblement leniveau de bruit pendant le fonctionnement du générateur de vibrations grâce à la réduction du coefficient de résistance fronta- le (aérodynamique) du corps du boitier cylindrique et d'améliorer les conditions de travail du personnel prépo- sé. Selon une autre variante de réalisation de l'in- vention, les tiges sont diamétralement opposées, le cen- tre du poids de la masse intérieure de déséquilibrage se trouvant alors sur la ligne qui coincide avec les axes des tiges. Ce mode de disposition des tiges facilite le processus de leur dégagement de la prise avec les trous, car pour les dégager, on les rapproche,ce qui diminue le temps de réglage et améliore les conditions de l'entretien du générateur de vibrations. En disposant les tiges suivant une ligne qui coin- cide avec le centre de la masse de déséquilibrage, on aug- mente la fiabilité de la fixation du fait que la direction du déplacement de tiges coincide,dans ce cas, avec le vecteur d'action de la force centrifuge résultant de la masse intérieure de déséquilibrage. Selon une autre variante de réalisation de l'in- vention, les trous radiaux sur la surface cylindrique intérieure du boîtier sont réalisés sous la forme de cannelures. Les trous radiaux conçus sous la forme de canne- lures peuvent être facilement taillés, par exemple par une fraise, ce qui simplifie la technologie de fabrica- tion du générateur de vibrations. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un générateur de vibrations en coupe longitudinale selon l'invention; - les figures 2 et 3 montrent une vue en coupe faite suivant la ligne II-II de la figure 1, illustrant les différentes variantes de réalisation de la masse inté- rieure de déséquilibrage; - la figure 4 est une vue faite suivant la flèche A de la figure 1; et - les figures 5 et 6 montrent une vue en coupe faite suivant la ligne V-V de la figure 1, illustrant différentes variantes de la masse extérieure de déséquili- brage. Le générateur de vibrations comporte un arbre d'entraînement 1 que l'on peut voir à la figure 1, sur lequel est montée une masse de déséquilibrage 2 de façon qu'elle puisse tourner. Cette masse 2 est cons- tituée au moins d'une partie d'un cylindre 3 avec une masselotte de déséquilibrage 4 qui est fixée sur sa face intérieure en bout 5. La masse de déséquilibrage 2 est B montée coaxialement dans une masse de déséouilibrage 6 qui est immobi- lisée par rapoort à l'arbre 1 eta la forme d'un bottier cylin- drique 7 pourvu d'une masselotte de déséquilibrage 8, fixée sur sa face en bout intérieure 9. La masse de déséquilibrage 2 est fixée sur l'arbre 1 à l'aide d'un flasque 10. Le géné- rateur de vibrations est muni d'un mécanisme de régulation de la position mutuelle des masses de déséquilibrage 2 et 6 qui est constitué de deux tiges: une tige principale 11 et une tige auxiliaire 11' qui sont montées dans deux trous cylindriques radiaux diamétralement opposés, 12 et 12', de la masse de déséquilibrage 2. Le centre de gravité de la masse de déséquilibrage 2 se trouve sur la ligne qui coin- cide avec les axes des tiges 11 et il'. Les tiges 11 et il' sont serrées en direction radiale par des éléments élasti- ques, par exemple par des ressorts cylindriques en spirale de compression 13 et 13' et sont pourvues de saillies 14, 14'. L'axe de symétrie de chaque saillie 14, 14' est per- pendiculaire à l'axe de symétrie de la tige 11, il', les saillies 14, 14' passant alors à travers des rainures ra- diales 15 qui sont pratiquées diamétralement en opposition sur la face extérieure en bout de la masse mobile de désé- quilibrage 2. Les extrémités 16 et 16' des tiges 11 et Il' s'engagent dans les cannelures 17.pratiquées sur la surfa- ce cylindrique intérieure du boîtier 7. Le générateur de vibrations fonctionne de la ma- nière suivante. A sa position de départ, les extrémités 16 et 16' des tiges ll et l' faisant saillie des trous 12 de la mas- se de déséquilibrage 2 s'engagent dans les cannelures 17 du boîtier 7 en formant un assemblage démontable. Lors de la rotation du moteur électrique (non représenté), les masses de déséquilibrage2 et6transmettent, à l'arbre 1 et au corps du moteur électrique,un effort perturbateur, dont la valeur dépend de l'angle d'orientation mutuelle des masses de déséquilibrage 2 et 6. Au besoin, pour changer cet ef- fort, on met le moteur électrique hors circuit, on arrête le générateur de vibrations puis on prend les saillies 14 et 14' et on déplace les tiges cylindriques 11 et 11' en di- rection radiale, en surmontant les efforts des ressorts de compression 13 et 13'. A ce moment, les tiges 11 et 11' se dégagent de la prise avec les cannelures 17 donc la mas- se de déséquilibrage 2 peut tourner librement par rapport à l'arbre d'entraînement 1 et à la masse extérieure 6 de déséquilibrage. En retenant les saillies des tiges 14 et 14' à la position dans laquelle les ressorts 13 et 13' sont serrés, on fait tourner la masse de déséquilibrage 2 par rapport à la masse 6 d'un angle qui correspond à la valeur requise du moment statique, et ensuite, on relâche progressivement les saillies 14 et 14' des tiges 11 et 11', donc les extrémités libres 16 et 16' avancent sous l'action des ressorts 13 et 13', pour venir en engagement dans deux cannelures 17 qui sont diamétralement opposées sur la sur- face cylindrique intérieure du boîtier 7. Ensuite, on'met le moteur électrique en marche et l'opération de traite- ment recommence. Selon un autre mode de réalisation, la masse inté- rieure de déséquilibrage 2 a la forme d'une pièce interca- laire cylindrique à l'intérieur de laquelle sont pratiqués des évidements 18 sous la forme d'un secteur,comme on peut le voir à la figure 3. Pour augmenter la distance entre l'axe de rotation de l'arbre d'entraînement 1 et le centre de gravité de la masse de déséquilibrage 6, il est possible de pratiquer un évidement 20 sous la forme d'un secteur, comme on peut le voir à la figure 5 sur sa paroi en bout 19. Selon un autre mode de réalisation de la masse de déséquilibrage 6, des évidements cylindriques 21 sont prévus sur sa face frontale en bout 19, comme on peut le voir à la figure 6. R E V E ND I C A T I 0 N S 1. Générateur de vibrations,du type comportant un arbre d'entraînement sur lequel sont montées des mas- ses de déséquilibrage, dont l'une est disposée immobile et l'autre de façon à pouvoir tourner par rapport à l'ar- bre, et un mécanisme de régulation de leur position mu- tuelle qui a la forme d'une tige poussée par un ressort en direction axiale et montée dans l'une des masses de déséquilibrage de façon qu'elle puisse être déplacée radia- lement et entrant en coopération avec l'autre masse de dé- séquilibrage,caractérisé en ce que l'une des masses de dé- séquilibrage (6) a la forme d'un boîtier cylindrique (7) ayant des trous radiaux (17) sur sa surface intérieure cylindrique et l'autre masse de déséquilibrage (2) a la forme d'une partie d'un cylindre (3i qui est disposée à l'intérieur du boîtier (7) et sur laquelle est montée une tige (11) qui s'engage dans l'un des trous radiaux (17) du boîtier (7). 2. Générateur de vibrations selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le mécanisme de régulation comporte une tige auxiliaire (11') qui est poussée parun ressort en direction radiale et qui est montée sur la masse intérieure de déséquilibrage (2). 3. Générateur de vibrations selon l'une quelcon- que de revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque tige (11, 11') est pourvue d'une saillie (14, 14') et en ce que des rainures radiales (15) sont pratiquées sur la surface extérieure frontale de la masse de déséquilibrage (2) pour l'emplacement des saillies (14 et 14') des tiges (11 et 11'), les trous radiaux (17) dans le boitier (7) étant borgnes. 4. Générateur de vibrations selon l'une quelcon- que des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les tiges (11 et 11') sont diamétralement opposées, et en ce que le poids de la masse intérieure de déséquilibrage (2) se trouve alors sur la ligne qui coincide avec les axes des tiges (11 et 11'). 5. Générateur de vibrations selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que les trous radiaux (17) sur la surface cylindrique intérieure du bottier (7) ont la forme de cannelures.