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" Perfectionnements aux dispositifs vibrateurs "
La présente invention est relative à des dispositifs vibrateurs dans lesquels un mouvement de rotation est trans- formé en mouvements vibratoires, ces mouvements ayant en particulier une fréquence plus élevée que celle du mouve- ment de rotation.
Le mouvement de rotation desdits disposi- tifs vibrateurs peut être effectué au moyen de tout procé- dé convenable, tel qu'un moteur, un arbre mis en rotation par un moteur, ou autre, et la force ainsi engendrée et transformée en mouvements vibratoires peut être utilisée pour la vibration de solides, liquides ou gaz, soit par l'action directe du dispositif kibrateur sur eux, soit par l'intermédiaire de dispositifs convenables tels que membra- nes, écrans, moules couloirs de descente, tables à secous- ses, etc.) auxquels le vibrateur est relié. Ces disposi- tifs vibrateurs sont notamment convenables comme vibrateurs internes à haute fréquence pour couler le béton.
Les avantages et plusieurs objets de l'invention se-
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ront bien compris à l'aide de la description qui suit et du dessin annexé , dans lequel : les fig. 1 à 3 sont des diagrammes montrant les principes mécaniques mis en jeu dans l'invention. La fig.
4 représente un vibrateur établi selon l'invention dans lequel l'organe tournant est disposé pour rouler sur la surface intérieure de l'organe vibrant, et la fig. 5 un dispositif analogue dans lequel l'organe tomrnant vient en prise avec l'organe vibrant au moyen d'une partie saillante de ce dernier ; les fig. 6 à 12 montrent, de mime que les fig. 4 et 5, différentes formes de réalisation de vibrateurs établis selon l'invention.
Il est connu de produire des vibrations par des moyens mécaniques, notamment pour vibrer des masses plastiques telles que des mélanges à base de béton ou analogues,en utilisant des arbres tournants supportés aux deux extrémi- tés par des coussinets et portant des masses ayant leur centre de gravité placé excentriquement par rapport à l'axe géométrique de l'arbre et fixées d'une façon rigide à celui- ci. Lorsque l'arbre tourne à grande vitesse, les masses excentrées engendrent des vibrations dans le système,mais on voit aisément que la fréquence de celles-oi sera limitée à celle de l'arbre, le nombre de cycles de la vibration étan égal au nombre de tours de l'arbre.
En ce qui concerne par- ticulièrement la vibration du béton, il est hautement dési- rable que les vibrations aient une fréquence très élevée.Le seul procédé convenable connu jusqu'ici pour obtenir une fréquence élevée par des moyens mécaniques a été d'imprimer une grande vitesse de rotation à l'arbre grâce à un moteur agissant directement sur l'arbre ou par l'intermédiaire d'un engrenage entre le moteur et l'arbre. Le premier de ces dis- positifs permet une construction plus robuste et plus sûre, mais la vitesse maximum que l'on obtient n'est que celle
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du moteur. Lors de l'utilisation de moteurs électriques,la vitesse est généralement limitée à la fréquence du courant électrique, étant donné que dans ce éas on ne peut guère utiliser que des moteurs à courant alternatif.
L'emploi d'en- grenages, d'autre part, augmente le prix de l'appareil et le rend plus délicat, notamment lorsque l'on emploie des arbres flexibles entre les engrenages actionnés par le mo- teur et l'organe vibrant, eu égard à la grande diminution de longévité de l'arbre aux très grandes vitesses,telles qutil les faut dans beaucoup decas.
La présente invention évite ces inconvénients et plu- sieurs autres, rendant en même temps possible l'obtention pratique de toute fréquence désirée même en se servant d'un moteur ou d'un arbre tournant à une vitesse raisonnablement basse, tandis qu'en même temps la construction du vibrateur est simplifée . On réalise cela en appliquant les principes du mouvement planétaire à un dispositif comportant un orga- ne tournant ayant la même vitesse que le moteur ou l'arbre qui l'actionne . Cet organe tournant comporte une surface circulaire intérieure ou extérieure venant en contact avec une surface correspondante circulaire prévue sur ledit or- gane vibrant,de telle façon que ces deux surfaces roulent l'une sur l'autre pendant qu'elles sont en contact.
De cette façon, le mouvement de rotation de l'organe tournant peut, pour certains rapports déterminés entre les diamètres des deux surfaces circulaires, être transformé en impulsions sur l'organe vibrant, de sorte que ce dernier vibrera à une fréquence plus grande que le nombre de cycles de l'or- gane tournant.
Le principe servant de base à l'invention peut être facilement compris d'après les fig. 1 à 5, lesquelles démontrent des cas particuliers d'un seul et même principe.
La tige 1 est undiagramme montrant le principe mécanique mis en jeu dans un appareil établi selon l'invention, tel
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que montré fig. 4. Le cercle A correspond à l'organe tour- nant 3 de la fig. 4, et le cercle B à l'enveloppe cylindri- que dans la même fig. 4. Lorsque l'organe tournant 3 et l'arbre 1 reçoivent un mouvement de rotation par un arbre flexible 7, la surface 3 venant en contact avec la surface 4a (cercle A et cercle B fig. 1), leurs mouvements rela- tifs se disposent comme montré fig. 1. Les détails de eon- struction de l'appareil et son mode d'action seront décrits avec plus de précision par la suite, en même temps qu'une explication des fig. 4 à 12.
Pour l'instant, on considère uniquement les fig. 1 à 3 comme montrant les principes purement mécaniques mis en jeu dans les fig. 4 et 5.
Le cercle A, fig. 1, (correspondant au rotor 3 de la fig. 4), auquel est imprimé un mouvement de rotation indi- qué par la flèche a, roule à l'intérieur du cercle B (sur- face intérieure 4a sur la fig. 4) et décrit un mouvement hypoeycloldal indiqué par la flèche b. La force rotatoire imprimée au cercle A aura une composante radiale c passant par le point de contact du cercle A et du cercle B. Cette composante représente une force qui oblige le cercle B à se mouvoir dans la direotion de la flèche c, du fait de la pression exercée par l'inertie du cercle A lequel, en roulant sur l'intérieur de B, est continuellement forcé de s'écarter de la ligne droite ("force centrifuge").
Tandis qu'il tourne autour de son centre de gravité, comme montré par la flèche a, et qu'il exécute le mouvement circulaire (planétaire) par rapport au cercle B, comme montré par la flèche b, le cercle A exercera radialement une pression o sur le cercle B, et cette pression continuera à agir radia - lement sur le cercle B tandis qu'elle se déplace le long de la périphérie de celui-ci avec le cercle A, occupant les po- sitions c1' c2' etc.. On voit donc bien que la vitesse avec laquelle la force 0 se déplace le long du cercle B dépendra de la vitesse avec laquelle le cercle A se déplace sur le
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cercle B ( le mouvement indiqué par la flèche b).
Cette dernière vitesse est déterminée par deux facteurs,à savoir. le rapport des diamètres des cercles A et B, et la vitesse périphérique (la vitesse de rotation indiquée par la flèche a) du premier. En appelant n le nombre de tours du cercle A autour de son centre (le mouvement indiqué par la flèche a) et f le nombre de tours du centre du cercle A autour du centre du cercle B, on voit que f représente la fréquen- ce déterminée par la force centrifuge e du cercle A.
La relation entre les diamètres des cercles A et B, cas dia- mètres étant appelés pour simplifier A et B, et les mouve- ments du cercle A (n,f) , est la suivante;
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A.n 3 . ou , --3-- z A On voit facilement que, lorsque le diamètre du cercle A est inférieur à la moitié du diamètre du cercle B, c'est-à-dire quand B : A est supérieur à 2, le cercle A duit accomplir plus d'une révolution autour de son centre ( le mouvement indiqué par la flèche a), avant d'avoir fait un tour com- plet le long du cercle B (le mouvement indiqué par la flèche b), f prenant donc des valeurs intérieures à n. En d'autres termes, dans de tels cas, la force c se déplacera le long de la périphérie du cercle B (tandis qu'elle agit radiale- ment dessus) avec une vitesse inférieure à celle avec la- quelle le cercle A tourne autour de son centre.
Si donc le cercle A (rotor 3 sur la fige 4) reçoit une vitesse de par. exemple 3,000 tours-minutes, il en résultera une force ayant une composante agissant radialement sur le cercle B de façon à le faire vibrer, mais cette force se déplacera dans ces cas le long de la périphérie du cercle B avec moins de vitesse. En d'autres termes, la fréquence des vi- brations du cercle B (enveloppe 4 sur la fig. 4) sera in- férieure à 3.000 par minute. De même, si le rapport B : A
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est fait égal à 2 : '0 le on est dans le cas particulier où le cercle A fait un,tour autour de son centre pendant qu'il en fait un autour du centre du cerole B, car f- n pour B - 2A.
Dans ce cas, la fréquence des vibrations deviendra égale au nombre des tours du cercle A autour de son centre ( les tours de l'axe moteur 1 sur la fig. 4). En faisant le rapport B : A inférieur à 2, on obtient une augmen- tation de la fréquence, comme on le comprend aisément d'a- près ce qui précède , f prenant des valeurs supérieures à n. La limite, B : A = 1 qui signifierait théoriquement une fréquenee infinie pour la force c, est impossible à détenir pour d'évidentes raisons ; mais le rapport d'augmentation de la rotation à la fréquence de vibration peut ainsi être porté de 1 à 5, ou de 1 à 10 et même davantage, sans diffi- eultés de nature mécanique .
Cela signifie que si l'on utilise un moteur ou un arbre tournant à la vitesse accep- table de par exemple 3.000 tours-minute, pour actionner le rotor, la fréquence de vibration obtenue pourra atteindre 15.000 ou 30.000 tours-minute ou même plus.
La relation discutée ci-dessus entre le rapport des diamètres des cercles A et B et la transformation de la vi- tesse n en une fréquence f, dont la grandeur est donc f, est schématisée par la courbe P montrée fig. 3. On voit n que le rapport sera inférieur à 1 (e'est-à-dire qu'une n diminution du mouvement initial naura lieu) pour des rapports B : A supérieurs à 2, selon ce qui a été démontré plus haut. Pour B : A = 2, le rapport t deviendra égal à 1, n et pour toutes les valeurs de B : A inférieures à 2 , une augmentation de la fréquence aura lieu , comme il ressort de l'examen de la courbe P. Lorsque A atteint presque la dimension de B, le taux d'augmentation croît également,la étant courbe P/en réalité une hyperbole équilatère asymptose aux axes de coordonnées.
Le principe général de l'invention ayant été exposé
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somme appliqué aux pas représentés sur les fig. 1 et 4,dans lequel le rapport B :A va de l'infini à 1, un autre cas spécial du même principe va être exposé en relation aeo les tige 2 et 5, dans lequel cas le rapport B : A est in- férieur à 1, Cela signifie que le cercle A roule sur la surface extérieure du cercle B au lieu de rouler comme pré- cédemment sur sa surface intérieure, tandis qu'il accomplit encore le mouvement de rotation autour de son centre comme indiqué par la flèche a.
Dans ce cas, le cercle tournant A vient en contact par sa surface intérieure, au lieu de sa surface extérieure, avec l'organe vibrant, lequel,sur la fige 5, est représenté comme ayant une saillie cylindrique 4a, correspondant au cercle B sur la fig. 2. Dans ce cas également, le eerole A acoomplira un mouvement planétaire le long de la périphérie du cercle B. Les conditions ma- thématiques quant à la relation entre la fréquence de la force c et la rotation du cercle A, sont dans ee cas A.n/A-B=f ou bien n/1-B -f, et la relation entre A-B 1-B f : n et B :A est schématisée par la courbe Q, fig. 3.
En suivant le long de l'axe des X depuis les plus grandes jus- qu'aux plus petites valeurs de B : A, la fréquence, qui a atteint l'infini pour B = 1, diminue le long de la courbe Q
A pendant que A augmente jusqu'à dépasser B. La limite est f : n = 1 quand B tend vers zéro. Il est donc évident que le dispositif montré fig. 5 produira toujours un accroisse- ment de la vitesse n à la fréquence f dans le rapport f : n le long de la courbe Q.
Comme les diamètres de la surface circulaire extérieure de la saillie 4a portée par l'argane vibrant 4 et la surface circulaire intérieure 3a de l'orga- ne tournant 3 (fig. 5) tendent à s'approcher l'un de l'au- tre èn dimensions, le taux d'acsroissement augmentera comme pour la courbe P, les courbes Q et P étant des hyperboles symétriques l'une de l'autre et par rapport à l'ordonnée
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Ayant ainsi décrit divers cas spéciaux dérivés d'un seul et même principe de base, on va décrire plus particu- lièrement les modes de réalisation pratiques de ces divers cas, avec référence aux fig. 4 à 12, étant entendu que les divers dispositifs peuvent être considérablement changés d'une façon purement mécanique sans s'écarter pour cela du principe de l'invention, et sans limiter celle-ci aux oas spéciaux dessinés et décrits.
Selon le dispositif montré fige 4, le vibrateur oon- siste en une enveloppe extérieure 4 ayant avantageusement la forme d'un tube ou analogue, avec une surface intérieure circulaire 4a. Un arbre 1 est porté par le coussinet 2 de façon à pouvoir tourillonner dans lui, à l'une des extrémi- tés de l'enveloppe 4, ce coussinet étant d'une construction telle qu'il permette un libre mouvement circulaire de l'au- tre extrémité de l'arbre, dans les limites déterminées par le diamètre de la surface 4a et lesdimensions de la masse 3 portée par l'arbre comme on le comprendra par luite.
L'autre extrémité de l'arbre porte une masse 3 de forme cylindrique, par exemple ayantla forme d'une poulie plus ou moins sphérique, ou analogue . L'arbre 1 est disposé pour être mis en rotation autour de son axe au moyen d'un arbre flexible 7 ou analogue, relié à tout dispositif mo- teur convenable, tel qu'un moteur électrique (non repré- senté). L'arbre 1 est avantageusement prévu creux, afin de diminuer le poids de l'appareil et de concentrer le moment sur la masse tournante 3 portée par l'arbre 1. En mettant en marche le moteur,ce qui fait tourner l'arbre 1 autour de son axe, la masse tournante 3 (le susdit organe tournant) après avoir été seulement très peu décentré, commencera à tourner comme un pendule conique porté par un coussinet 2 articulé ou automatiquement réglable, jusqu'à ce qu'elle heurte l'in- térieur de l'enveloppe 4.
En venant en contact avec eelle-ei elle glissera d'abord sur la surface circulaire intérieure '
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4a de l'enveloppe 4 (le susdit organe vibrant), jusqu'à ce que, son moment augmentant, sa force centrifuge devienne telle Quelle maintienne la masse 3 en contact/avec la sur- face 4a pour toutes les positions. Dès que cela a lieu,la masse 3 commence à rouler sur la surface 4a, comme décrit plus haut en référence ävec la fig. 1. On voit alors que la masse 3 constitue pour elle-même un embrayage à fric- tion et qu'elle n'entre graduellement en action que lors- qu'elle gagne de la vitesse et du moment, ce qui est très important pour éviter des tensions anormales sur les par- ties motrices mécaniques ou électriques lorsque l'on met en marche le vibrateur.
Conditionné par la vitesse de rota- tion de l'arbre'l et le rapport entre les diamètres de la masse 3 et. la surface circulaire intérieure 4a de l'organe vibrant'4, tout 'l'appareil vibrera avec des fréquences dont la grandeur est déterminée par la courbe P, fig. 3.
L'appareil montré fig; 5 est d'une construction légère- ment différente, La masse 3 est dans ee cas prévue avec un creux ayant une surface de forme circulaire 3a, et l'organe vibrant est corrélativement pourvu d'une saillie 4a ayant sa surface extérieure de révolution. La masse 3 peut ainsi rouler avec la surface 3a sur la surface 4a, selon le principe montré et décrit avec référence à la fig. 2. Le mode d'action est le même que pour l'appareil montré fig.4, les conditions de transformation de rotation de l'arbre 1 en vibrations de l'appareil ayant déjà été expliquées en liaison avec la courbe Q , fig. 3.
L'appareil montré fige 6 est une modif ication de l'appa- reil montré fig. 4, l'arbre 1 étant pourvu d'un joint uni- versel 2a pour permettre son libre mouvement pendulaire. 6 désigne un moteur en enveloppe fermée.
La fig. 7 est une vue générale d'un vibrateur tel que ceux montrés fig. 4%et 5. L'arbre 1 est alors actionné par un moteur 6 et un arbre flexible 7. Les appareils montrés
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sur les fig. 4 à 7 conviennent particulièrement bien au coulage du béton, l'enveloppe extérieure 4 présentant la forme d'un tube afin que l'on puisse l'entrer directe- ment dans le béton pour vibrer celui-ci.
La fig. 8 montre un vibrateur établi selon l'invention, particulièrement adapté pour vibrer de larges surfaces,tel- les que des routes, etc.. Le moteur 6 est relié aux arbres 1 par des joints universels 8. Des masses 3 roulent dans les organes annulaires 9 de la façon décrite en référence avec les fig. 1, 4 et 6. Tout le dispositif vibrateur est monté sur une plate-forme mise en vibration par l'action des masses roulantes 3 sur les organes 9 présentant la forme de bagues, ceux-ci étant solidement fixés à la plate- forme qui peut être levée et portée à tout endroit voulu au moyen des poignées 10.
La tige 9 montre un vibrateur prévu pour vibrer de pe- tites surfaces, telles que des planchers dans les construc- tions, etc.. Le moteur 6 est, de même que dans l'appareil montré fig. 8, relié par joint universel à l'arbre 1, et la coopération des organes 3 et 9 fera vibrer l'appareil comme déjà décrit en relation aveo les fig. 1, 3, 4 à 6 et 8.
Les poignées 10 servent à déplacer l'appareil, comme dési- ré.
La fig. 10 est une vue générale d'un appareil univer- sel convenable pour vibrer des écrans, moules, couloir s de descente, tables à secousses, etc., le mode d'action étant toujours exactement le même, l'organe roulant 3 engendrant des vibrations dans l'organe vibrant 9, lesquelles sont transmises à l'appareil qui doit être vibré, selon les principes déjà expliqués avec référence à la fig. 1.
Il est évident, depuis le début, que les positions re- latives de l'organe tournant 3 et de l'organe vibrant 9 comme montré sur les fige 8 à 10, qui sont les mêmes que celles montrées sur les fig. 1, 4 et 6, peuvent aussi bien
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être celles montrées sur les fige 2 et 5, le choix du dis- positif à employer pour telle application étant principale- ment une question de dessin. Comme on le voit d'après les courbes P et Q, aussi bien que d'après les fig. 1 et 2,ces variations d'ordre mécanique ne changent en aucune façon le principe fondamental de l'invention.
La fig. 11 montre un vibrateur de la même oonstruc- tion générale que celui représenté fig. 4, mais particuliè- rement prévu pour démontrer le principe général du réglage de la fréquence des vibrations. Les surfaces coopérantes 3a et 4a de l'organe tournant 3 et de l'organe vibrant 4 sont, dans ce cas, coniques. Grâce à une douille filetée 11 ou de tout autre dispositif convenable , l'organe 3 peut être mis en contact avec différentes zones de la sur- face conique 4a, lesquelles zones offrent des diamètres différents pour la trajectoire sur laquelle doit rouler l'organe 3.
Etant donné, comme démontré en relation avec les fig. 1 et 3, que le rapport entre les diamètres des surfaces 3a et 4a est un facteur, .lequel, toutes chose s égales d'ailleurs, détermine la fréquence de vibration de l'organe vibrant, on voit aisément que cet appareil permet un réglage de la fréquence. Ce dispositif peut être employé sur l'un quelconque des appareils montrés sur les fig. 4 à 10, Au lieu d'être coniques,les surfaces peuvent présenter toute autre forme convenable pour produire les variations voulues du rapport des diamètres.
La fig. 12 montre une construction légèrement modifiée des surfaces de contact de l'organe roulant 3 et de l'organe vibrant 4, qui dans ce cas sont biseautés afin d'obtenir un certain effèt de coin, augmentant ainsi le contact entre ces deux organes. Ces détails,montrés sur les fig. 11 et 12, peuvent naturellement être modifiés de différentes façons sans s'écarter du principe général, la construction étant encore faite suivant le principe général de construction montrée sur les fig. a et 5.
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Les modes de réalisation montrés et exposés ci-dessus avec référence aux fig. 4 à 12 ne sont, comme on l'a vu, que des cas particuliers d'un seul et même principe fonda- mental, et il est clair que les réalisationspratioques dudit principe peuvent être effectuées de nombreuses façons,sans s'écarter de celui-ci, étant particulièrement entendu que l'invention n'est en aucune façon limitée aux modes de réalisation particuliers figurées sur les dessins. Il n'est pas nécessaire, par exemple, de fournir la puissance à l'or- gane tournant (masse 3, poulie A), au moyen d'un arbre ,étant donné que l'on peut, dans beaucoup de cas, construire le moteur comme une partie de l'organe tournant ; c'est-à-dire, faire que le moteur lui-même accomplisse les mouvements né- oessaires pour engendrer les vibrations.
Cela est particu- lièrement aisément réalisé en construisant l'organe tour- nant comme un moteur destiné à être actionné par l'électri- cité, l'air comprimé, la vapeur ou un liquide.
Il est à noter que le joint ou coussinet articulé 2,2a ou 8 qui porte l'arbre tournant peut âtre porté par l'orga- ne vibrant de façon à constituer un système vibrant fermé, ou bien peut être porté indépendamment de l'organe vibrant, auquel cas le pendule constitué par la masse 3 ou organe tournant est avantageusement disposé de façon que le rap- port entre les diamètres des surfaces coopérantes desdits organes tournant et vibrant puisse être réglé de manière à obtenir la résonance entre la fréquence du pendule donnant les impulsions et la fréquence naturelle de la partie en- trant en vibration.