CH198482A - Oscillating weight balancing mechanism. - Google Patents

Oscillating weight balancing mechanism.

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CH198482A
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CH
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Etudes Financieres Et In Efisa
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Financieres Et Ind S A Efisa E
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/30Compensating imbalance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Springs (AREA)

Description

  

  Mécanisme d'équilibrage de masses     oscillantes.       Un grand nombre     d'engins        mécaniques     comportent des masses oscillantes importan  tes devant     osciller    autour d'un axe horizontal  ou incliné qui ne passe pas par leur centre  de gravité. Il en     résulte    des déplacements en  hauteur considérables de ce centre de gravité,  ce qui impose, sauf adoption de dispositifs       spéciaux,    la misé en     oeuvre    d'une énergie im  portante pour la     manaeuvre    de ces engins.  



       Nous    citerons par     exemple:     les     grands    télescopes     disposés    générale  ment pour osciller autour d'un     point    situé  vers     l'arrière    du tube;  les travées basculantes des ponts  mes ou     fluviaux    devant laisser passer des ba  teaux à profil élevé;  les bennes basculantes des     véhicules    auto  mobiles et des wagons de     chemins    de fer;  les flèches oscillantes des grues de déchar  gement des bateaux et d'autres appareils de  levage;  les bouches à feu à grand champ de tir  vertical;    les grandes échelles de pompiers;

    les fours basculants, destinés en particu  lier au réchauffage des pièces longues, en vue  de la trempe verticale.  



  Pour réduire partiellement ou supprimer  complètement la dépense d'énergie nécessitée  par les déplacements verticaux des centres de  gravité de ces masses oscillantes, il est généra  lement fait usage de mécanismes d'équili  brage à ressorts ou autres organes élastiques.  La     fig.    1 du dessin     ci-annexé    montre un de  ces     mécanismes        connus:     Un secteur d convenablement calculé est  monté à la base du corps la à     équilibrer    dont  le centre de     gravité    est en lb et qui     oscille          autour    de<B>le;

  </B> ce secteur reçoit par     l'intermé-          diaire        d'une    chaîne Galle e     qui    s'enroule sur  lui, l'effort des ressorts contenus dans le tube  <I>f</I> et agissant sur la     tige   <I>g</I>     attelée        sur    la  chaîne Galle e. Le tube contenant les ressorts  oscille autour d'un axe h qui permet à la tige  g de s'orienter toujours suivant la direction  de l'effort     d'équilibrage.         Dans ce mécanisme, le point d'application  du ressort est généralement beaucoup plus  rapproché de l'axe de rotation que le centre  de     gravité.     



  Lorsque l'équilibrage est correct, la ré  sultante des deux forces en jeu: poids P du  corps à équilibrer et effort F des ressorts,  passe par l'axe de rotation. La fi-. 1 montre  que cette résultante R peut être trois ou  quatre fois plus grande que le poids P. Il en  résulte des efforts de frottement considéra  bles sur l'axe de rotation de la masse oscil  lante, et, par suite, la nécessité d'une dépense  d'énergie encore élevée bien que l'équilibrage  soit statiquement correct.  



  La     fig.    2 montre un autre mécanisme  connu dans lequel les ressorts enfermés dans  une     gaîne    formée de tubes télescopiques k       s'appuyent,    d'une part, sur un axe fixe de ro  tation<I>l</I> et, d'autre part, sur un axe     rn    porté  par la masse à équilibrer.  



  La figure montre que, dans ces conditions,  la résultante sur l'axe<B>le</B> de rotation n'a  qu'une valeur très faible. Mais on se heurte  ici à la difficulté d'adapter correctement la  loi de     variation    de l'effort des ressorts, qui  varie linéairement en fonction de l'allonge  ment, à la loi de variation du moment du  poids qui varie comme le cosinus de l'incli  naison, c'est-à-dire suivant une loi curviligne.  



  La présente invention permet de remédier  à cet     inconvénient.    Elle se rapporte à un     mé-          canisme    d'équilibrage à organes élastiques  multiples, caractérisé en ce qu'il comprend  un dispositif qui, lorsque le mécanisme est en  action, fait varier automatiquement et d'après  une loi prédéterminée l'action des organes  élastiques qui travaillent dans le but d'adap  ter l'effet du mécanisme aux variations de  l'effort à équilibrer.  



  Les     fig.    4 à 11 du dessin représentent  partiellement et à titre d'exemple, deux for  mes d'exécution de l'objet de la présente  invention.  



  Les     fig.    3 à 7 concernent la première  forme d'exécution. Les     fig.    4, 5, 6 et 7 la re  présentent dans différentes positions de fonc-         tionnement;    la     fig.    3 est un diagramme rela  tif à son fonctionnement.  



  Les     fig.    8 à.12 se rapportent à la deuxième  forme d'exécution. Les     fig.    8, 9, 10 et 11 la  représentent dans différentes positions de  fonctionnement; la.     fig.    12 est     un    diagramme  relatif à son<B>,</B>     fonctionnement.     



  Dans la forme d'exécution des     fig.    3 à     "7,     22 et 23 sont deux     parties    d'un tube télesco  pique contenant des ressorts à boudin 8, 9 et  10. Le tube 22 est articulé sur une partie  fixe, tandis que le tube 23 est articulé sur  le corps à équilibrer qui n'est pas représenté  au dessin et qui correspond à la pièce la de  la     fig.    2. Le ressort 8 est disposé entre le  fond du tube 22 et une bague coulissante 1;  le ressort 9 est disposé entre cette dernière  et une seconde bague     coulissante    2, tandis  que le ressort 10 est disposé entre     cette    der  nière et une bride du tube 23.

   Dans le fond  du tube 2 est montée une tige fixe 11 por  tant les deux butées 3 et 4 et l'épaulement  de centrage 5. En     fig.    4, les trois ressorts  8, 9 et 10 sont bandés et exercent leurs efforts  sur le tube 23; la valeur de cet. effort com  mun est représenté par l'ordonnée 0 A (voir       fig.    3).

   Les trois     ressorts    se détendent d'abord,  leur effort     diminuant    suivant la droite<I>AB.</I>  En     fig.    5, la bague 1     arrive    au contact de la  butée d'arrêt 3 et le ressort 8 cesse de se dé  tendre et d'exercer une action sur le tube 23;  l'effort sur     ce    dernier est représenté par l'or  donnée<I>OB.</I> A partir de ce moment, les res  sorts 9 et 10 continueront seuls à se détendre  suivant la droite<I>BC.</I> En     fig.    6, c'est la bague  2 qui arrive au contact de la butée d'arrêt 4;  l'effort des ressorts sur 23 est alors représenté  par l'ordonnée OC.

   A partir de ce moment, le  ressort 9 ne se détend plus et n'a     plus    d'ac  tion sur le tube 23. Le ressort 10 continue à  se détendre seul suivant la droite<I>CD,</I> jus  qu'à ce que le tube 23 arrive à la fin de sa  course dans le tube 22; à ce moment-là,  l'effort du ressort 10 est représenté par l'or  donnée     OD.     



  On voit qu'en prenant un nombre de res  sorts suffisamment grand, la ligne polygonale       ABCD    se transformera en une courbe à con-      cavité tournée vers l'axe des abscisses. Autre  ment dit, en choisissant     convenablement    le  nombre des ressorts et leur force, on peut  faire varier leur effort conformément à toute  courbe concave     donnée    d'avance.  



  Dans la     forme    d'exécution des     fig.    8 à 12,  on     trouve    de nouveau les tubes 22 et 23 en  tre lesquels sont intercalés les ressorts à bou  din 12, 13 et 14. Le ressort 14 est disposé       entre    le tube 23 et une bague 19 pouvant       coulisser    sur un tube 21     fixé    au tube     22,1a     tension     maximum    de ce ressort étant déter  minée par     un    manchon 17 entourant libre  ment le tube 21 et disposé entre le tube 23  et la bague 19.

   Le ressort 13 est disposé entre  les     deux    bagues coulissantes 19 et 18, sa  tension     maximum    étant     déterminée    par un  manchon 16 analogue au précédent. De même,  le ressort 12 est     disposé    entre la bague cou  lissante 18 et le fond du     tube    22, sa     tension          maximum    étant     déterminée    par un manchon  15 analogue     aux    deux précédents. Au repos,  les trois ressorts     exercent    sur le tube 23 un  effort représenté par     l'ordonnée    O A'.

   Au dé  but, le ressort 12 se détend seul     suivant    la  droite     ±B';    en     fig.    9, il est presque complè  tement détendu et l'effort exercé sur le tube  23 est représenté par l'ordonnée OB'. A par  tir de ce moment, les ressorts 12 et 13 se dé  tendent suivant la droite B' C'; en     fig.    10,       ils    sont presque complètement détendus et  l'effort exercé sur le tube 23 est représenté  par     l'ordonnée    OC'.

   A partir de ce moment,  les trois ressorts se détendent     suivant    la  droite<I>C' D';</I> en     fig.    11, l'effort exercé sur le       appel    à     tout        dispositif        d'encliquetage     tube 23 n'est plus que celui représenté par  l'ordonnée     OD'.     



  On voit qu'ici l'effort des ressorts pour  rait correspondre à toute courbe désirée tour  nant sa     convexité    vers l'axe des abscisses.  



  Bien entendu, l'invention n'est pas     limitée     à ce qui est représenté au dessin. En particu  lier, les     épaulements    3 et 4 et la tige 11 peu  vent :être remplacés par tout dispositif arrê  tant l'action des ressorts à un moment donné  de leur course. Il peut, par exemple, être fait    'a     un    câble ou ruban souple limitant le  déplacement des bagues, etc.  



  De même, les organes élastiques pour  raient être des récipients     déformables    remplis  d'un     fluide    sous pression.  



  On voit que les dispositions des     fig.    3 à.  12 appliquées par exemple au cas de la     fig.    2,  permettent de     suivre        d'aussi    près qu'on le  désire une loi     d'équilibrage        donnée    avec les  avantages primordiaux     suivants     Réduction au     minimum    de la résultante  sur l'axe de     rotation    des efforts appliqués .à  la masse équilibrée. Suppression de tout or  gane d'usinage délicat, tel que cames, etc.

    Facilités de réglage résultant du fait que des  ressorts à longues courses et relativement  peu puissants sont plus faciles à régler que  des ressort très forts à faible course.



  Oscillating weight balancing mechanism. A large number of mechanical devices have large oscillating masses which must oscillate around a horizontal or inclined axis which does not pass through their center of gravity. This results in considerable displacements in height of this center of gravity, which requires, unless special devices are adopted, the use of significant energy for the maneuvering of these machines.



       We will cite for example: large telescopes generally arranged to oscillate around a point situated towards the rear of the tube; the tilting spans of sea or river bridges which must allow high profile boats to pass; dump bodies for motor vehicles and railroad cars; the swinging booms of ship unloading cranes and other lifting devices; large vertical firing range guns; large firefighter ladders;

    tilting furnaces, intended in particular for reheating long parts, with a view to vertical quenching.



  To partially reduce or completely eliminate the energy expenditure required by the vertical displacements of the centers of gravity of these oscillating masses, use is generally made of balancing mechanisms with springs or other elastic members. Fig. 1 of the attached drawing shows one of these known mechanisms: A suitably calculated sector d is mounted at the base of the body to be balanced, the center of gravity of which is in lb and which oscillates around <B> le;

  </B> this sector receives, through the intermediary of a Galle e chain which winds around it, the force of the springs contained in the tube <I> f </I> and acting on the rod <I > g </I> coupled to the Galle e chain. The tube containing the springs oscillates around an axis h which allows the rod g to always orient itself in the direction of the balancing force. In this mechanism, the point of application of the spring is generally much closer to the axis of rotation than the center of gravity.



  When the balancing is correct, the result of the two forces in play: weight P of the body to be balanced and force F of the springs, passes through the axis of rotation. The fi-. 1 shows that this resultant R can be three or four times greater than the weight P. This results in considerable frictional forces on the axis of rotation of the oscillating mass, and, consequently, the need for energy expenditure still high although the balancing is statically correct.



  Fig. 2 shows another known mechanism in which the springs enclosed in a sheath formed of telescopic tubes k are supported, on the one hand, on a fixed axis of rotation <I> l </I> and, on the other hand, on an axis rn carried by the mass to be balanced.



  The figure shows that, under these conditions, the resultant on the <B> le </B> axis of rotation has only a very low value. But here we come up against the difficulty of correctly adapting the law of variation of the force of the springs, which varies linearly according to the elongation, to the law of variation of the moment of the weight which varies as the cosine of l 'inclination, that is to say according to a curvilinear law.



  The present invention overcomes this drawback. It relates to a balancing mechanism with multiple elastic members, characterized in that it comprises a device which, when the mechanism is in action, varies automatically and according to a predetermined law the action of the elastic members. which work with the aim of adapting the effect of the mechanism to variations in the force to be balanced.



  Figs. 4 to 11 of the drawing partially represent and by way of example, two embodiments of the object of the present invention.



  Figs. 3 to 7 relate to the first embodiment. Figs. 4, 5, 6 and 7 1a are presented in different operating positions; fig. 3 is a diagram relating to its operation.



  Figs. 8 to 12 relate to the second embodiment. Figs. 8, 9, 10 and 11 show it in different operating positions; the. fig. 12 is a diagram relating to its <B>, </B> operation.



  In the embodiment of FIGS. 3 to "7, 22 and 23 are two parts of a telescopic tube containing coil springs 8, 9 and 10. The tube 22 is articulated on a fixed part, while the tube 23 is articulated on the body to be balanced which is not shown in the drawing and which corresponds to part 1a of Fig. 2. The spring 8 is disposed between the bottom of the tube 22 and a sliding ring 1, the spring 9 is disposed between the latter and a second ring sliding 2, while the spring 10 is disposed between the latter and a flange of the tube 23.

   In the bottom of the tube 2 is mounted a fixed rod 11 for both the two stops 3 and 4 and the centering shoulder 5. In fig. 4, the three springs 8, 9 and 10 are loaded and exert their forces on the tube 23; the value of this. common force is represented by the ordinate 0 A (see fig. 3).

   The three springs relax first, their force decreasing along the line <I> AB. </I> In fig. 5, the ring 1 comes into contact with the stopper 3 and the spring 8 ceases to relax and to exert an action on the tube 23; the effort on the latter is represented by the gold given <I> OB. </I> From this moment, the resources 9 and 10 will continue to relax on their own along the line <I> BC. </ I > In fig. 6, it is the ring 2 which comes into contact with the stopper 4; the force of the springs on 23 is then represented by the ordinate OC.

   From this moment, the spring 9 no longer relaxes and has no further action on the tube 23. The spring 10 continues to relax on its own along the line <I> CD, </I> until so that the tube 23 reaches the end of its travel in the tube 22; at this time, the force of the spring 10 is represented by the gold given OD.



  It can be seen that by taking a sufficiently large number of resources, the polygonal line ABCD will be transformed into a concave curve turned towards the x-axis. In other words, by suitably choosing the number of springs and their force, their force can be varied in accordance with any concave curve given in advance.



  In the embodiment of FIGS. 8 to 12, there are again the tubes 22 and 23 between which are interposed the coil springs 12, 13 and 14. The spring 14 is disposed between the tube 23 and a ring 19 which can slide on a tube 21 fixed to the tube 22.1a maximum tension of this spring being determined by a sleeve 17 freely surrounding the tube 21 and disposed between the tube 23 and the ring 19.

   The spring 13 is arranged between the two sliding rings 19 and 18, its maximum tension being determined by a sleeve 16 similar to the previous one. Likewise, the spring 12 is disposed between the smoothing neck ring 18 and the bottom of the tube 22, its maximum tension being determined by a sleeve 15 similar to the previous two. At rest, the three springs exert on the tube 23 a force represented by the ordinate O A '.

   At the start, the spring 12 relaxes alone along the line ± B '; in fig. 9, it is almost completely relaxed and the force exerted on the tube 23 is represented by the ordinate OB '. From this moment, the springs 12 and 13 expand along the line B 'C'; in fig. 10, they are almost completely relaxed and the force exerted on the tube 23 is represented by the ordinate OC '.

   From this moment, the three springs relax along the line <I> C 'D'; </I> in fig. 11, the force exerted on the call to any tube snap device 23 is no longer than that represented by the ordinate OD '.



  It can be seen that here the force of the springs could correspond to any desired curve turning its convexity towards the x-axis.



  Of course, the invention is not limited to what is shown in the drawing. In particular, the shoulders 3 and 4 and the rod 11 may be windy: be replaced by any device stopping the action of the springs at a given moment in their stroke. It can, for example, be made of a flexible cable or tape limiting the movement of the rings, etc.



  Likewise, the elastic members could be deformable containers filled with a pressurized fluid.



  It can be seen that the arrangements of FIGS. 3 to. 12 applied for example to the case of FIG. 2, make it possible to follow as closely as one wishes a given balancing law with the following primary advantages Reduction to the minimum of the resultant on the axis of rotation of the forces applied to the balanced mass. Removal of any delicate machining elements, such as cams, etc.

    Ease of adjustment resulting from the fact that long stroke and relatively weak springs are easier to adjust than very strong short stroke springs.

 

Claims (1)

REVENDICATION Mécanisme d'équilibrage de masses oscil lantes à organes élastiques multiples, carac térisé en ce qu'il comprend un dispositif qui, lorsque le mécanisme est en action, fait va rier automatiquement et d'après une loi pré déterminée l'action des organes élastiques sus mentionnés, CLAIM Mechanism for balancing oscillating masses with multiple elastic members, characterized in that it comprises a device which, when the mechanism is in action, causes the action of the organs to act automatically and according to a predetermined law. elastics mentioned above, dans le but d'adapter l'effet du mécanisme aux variations de l'effort à équilibrer. SOUS-REVENDICATIONS 1 Mécanisme selon la revendication, caracté risé en ce que les organes élastiques sont formés de ressorts à boudin disposés l'un derrière l'autre, de façon à former une série intercalée entre deux pièces mobiles l'une par rapport :à l'autre, le dispositif susmentionné faisant se détendre d'après une loi prédéterminée les ressorts sus mentionnés. in order to adapt the effect of the mechanism to variations in the force to be balanced. SUB-CLAIMS 1 Mechanism according to claim, characterized in that the elastic members are formed of coil springs arranged one behind the other, so as to form a series interposed between two moving parts relative to: the other, the aforementioned device relaxing according to a predetermined law the aforementioned springs. 2 Mécanisme selon la revendication, caracté risé en ce que le dispositif susmentionné comprend des pièces intercalaires mobiles disposées entre les ressorts successifs et des butées fixes coopérant avec ces pièces et montées sur un support commun, le tout de façon que lorsqu'une pièce arrive en prise avec sa butée, le ressort correspondant à celle-ci soit immobilisé. 3 Mécanisme selon la revendication, 2 Mechanism according to claim, character ized in that the aforementioned device comprises movable spacers arranged between the successive springs and fixed stops cooperating with these parts and mounted on a common support, all so that when a part arrives in taken with its stopper, the spring corresponding to it is immobilized. 3 Mechanism according to claim, caracté risé en ce que le dispositif susmentionné comprend des pièces intercalaires mobiles disposées entre les ressorts successifs et, pour chaque ressort, un manchon mobile disposé entre ses points d'appui et servant .à limiter la compression de ce ressort, tous ces manchons se déplaçant sur un guide fige commun. character ized in that the aforementioned device comprises movable spacers arranged between the successive springs and, for each spring, a movable sleeve disposed between its bearing points and serving. to limit the compression of this spring, all these sleeves moving on a common freeze guide.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2499082A (en) * 1945-10-19 1950-02-28 Ite Circuit Breaker Ltd Series time-delay mechanism

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2499082A (en) * 1945-10-19 1950-02-28 Ite Circuit Breaker Ltd Series time-delay mechanism

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