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Commande pour machines comportant des pistons et des cylindres disposés -on cercle.
La présente invention a pour objet une commande¯pour les machines dans lesquelles deux pièces de machine ( ou deux groupes de pièces de maohine ) sont disposées ooncentriquement
1'une à l'autre l'une des pièces tournant en cercle sans in- terruption tandis que l'autre pièce s'arrête et reste en ar- rière et prend de l'avance alternativement ,avec accélération par rapport à la pièce tournant de fagon ininterrompue . L'in- vention se rapporte en particulier aux machines dans lesquelles la pièce tournant de façon in interrompue actionne la pièce dé- placée par intermittence s.
Comme exemples de machines sembla bles on peut citer les moteurs à cylindres tournant compor- tant un groupe ,tournant sans interruption ,/de cylindres dis-
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-posés en cercle et un groupe de pistons correspondants. on a observé que dans les machines de ce genre le rendement le plus avantageux est produit lorsque le mécanisme pour la commande des pièces à mouvement intermittent ne parti- -cipe pas à la transmission positive de travail
La présente invention se rapporte à une commande pour le mouvement relatif entre le piston et le cylindre dans les machines de ce genre .
L'invention est basée'sur cette consta- tation que pour le fonctionnement irréprochable,d'une- machine ainsi commandée , outre le fait que le mécanisme de commande est déchargé de la transmission prositive du travail , le mou -vement de la pièce à mouvement intermittent doit être commen- dé de manière que les variations de vitesse s'effectuent pro- gressivement , c'est dire que les variations de vitesse sui- vent des lois mathématiques de façon que pour le nombre de tours le plus élevé connu de la machine il ne se produise jamais des forces d'inertie inadmissibles , et que la pièce à mouve- ment intermittent doit être arrêtée de,* deux côtés pendant la course de détente ,
cet arrêt 'des deux cotés étant produit avam- -tageusement par la constitution spéciale du mécanisme.
Suivant la présente invention , le mécanisme de com- mande qui est capable de remplir de la manière la plus simple les conditions indiquées ci-dessus consiste en une liaison par articulation entre la pièce à rotation uniforme et la pièce à mouvement intermittent , le tringlage de liaison des deux piè- -ces étant guidé de telle façon le long d'une courbe fixe dans l'espace que la pièce à mouvement intermittent est commandée a- vec des variations de vitesse progressives dans le sens corres- pondant au but de la machine , de telle sorte que les condi- tions de travail mentionnées plus haut sont rempliée.
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Pour la réalisation du tringlage de commande 'diffé- rentes formes sont possibles
Une forme de réalisation possible d'une semblable distribution ,qui de son côté ne participe pas à la transmis- sion de force motrice et , par un guidage des pièces de comman- de actionnées par la pièce à mouvement uniforme le long d'une c courbe fixe imprime 4 la pièce à mouvement intermittent le mouvement désiré aveo des transitions de vitesse progressives, consiste suivant la présente invention en un levier double qui est supporté de façon à pouvoir tourner sur la pièce tournant à vitesse unfiforme .Ce levier est relié à la pièce à mouvement intermittent avec intercalation d'un dispositif de compensation de la longueur ( par exemple d'un palier à coulisse ) .
D'au- tre part, un point de ce levier est guidé le long d'au moins u -ne courbe fixe de façon que le levier imprime à la pièce à mouvement intermittent le mouvement désiré. Ce levier regoit avantageusement la forme d'un levier coudé qui est monté de façon à pouvoir turner sur la pièce à rotation uniforme par le sommet des branches ,et qui est guidé par une de ses extrémi- tés sur la courbe de forme appropriée et oommande par son au- tre extrémité la pièce qui s'arrête et qu'il faut faire avan- cer de nouveau o
Dans cette forme de réalisation , l'immobilisation de la pièce se mouvant par moments est provoquée par la coopéra- tion de plusieurs forces se produisant dans le système total, forces dont la résultante passe par le centre de la machine Dans cette forme de réalisation,
les pièces de oommande sont sollicitées principalement à la flexion.
Une autre forme de réalisation possible consiste à utiliser pour la commande un système de levier en plusieurs parties ,une partie du système de levier étant de nouveau gui-
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-dée le long d'une courbe'fixe de fagon que le tringlage de com- mande tournant avec la pièce à rotation uniforme et entrainé par celle-ci imprime le mouvement désiré à la pièce à mouve- ment intermittent .Dans ce cas les pièces de commande sont sol -licitées principalement à la traction et à la compression, ce qui dans certaines circonstances offre la possibilité de réaliser une construction plus légère par rapport à la forme de réalisation suivant le premier exemple mentionné ,où les pièces en question doivent être plus fortes par suite de la sol -licitation à la flexion .
Par suite de l'appui du tringlage de commande sur la courbe , on produit un guidage positif et, pendant la course de détente , moyennant une constitution ap- propriée de la voie en courbe , une immobilisation des pièces à mouvement intermittent, dans les deux sens , Le guidage po- sitif n'est toutefois possible que lorsque la commande a une forme telle que la pièce tournant de fagon intermittente est déplacée avec des transitions de vitesse progressives suivant des lois mathématiques déterminées* Pour assurer de sembla- bles transitions progressives de Vitesse , les courbes doi- vent être établies suivant les lois mathématiques déterminées mentionnées plus haut ,
et les tiges de commande doivent ê- tre réalisées de telle fagon que la somme des longueurs des tiges formantle tringlage est plus grande que la distance di- recte du point menant au point mené. Suivant le choix des accélérations admissibles ,la position du point menant varie par rapport au point mené et le rapport des longueurs des ti- ges du tringlage varie également.
Comme on l'a déjà. indiqué , le tringlage de commande est établi de telle fagon que pendant l'arrêt d'une des pièces en rotation , on produit par le tringlage de commande lui-même
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l'immobilisation de cette pièce dans les deux sens .Il est évident que pour décharger le mécanisme , on peut prévoir en outre un arrêt spécial . On peut alors dans certaines circons- tances ' par exemple dans le cas de machines marchant lentement construite plus légèrement les pièces de commande car elles ne doivent transmettre alors , en comparaison des pressions de travail relativement élevées que des forces d'inertie relativement petites.
Dans les dessins annexés :
La figure lest une coupe longitudinale faite dans une machine comportant un levier coudé comme organe de commande et, que l'nn peut supposer être par exemple un moteur à combustion interne à deux temps .
La figure 2 est une coupe par la ligne II-II de la figure I,
La figure 3 est un schéma de la machine suivant la figu- re 1 & 2 et montre le fonctionnement dans une forme telle' que la courbe de commande se trouve vers l'extérieur et le piston s'arrête toutes les deux courses.
La figure 4 est un schéma de la machine dans le cas où la courbe de commande se trouve entre le cylindre et le cen- tre de la machine,
La figure 5 est un plan des forces dont on peut déduire le fonctionnement de la machine.
La figure 6 montre en diagramme oomment les différentes pressions rapportées à un jeu total du piston ,s'étabissent pour une machine à levier coudé.
La figure 7 montre le shhéma d'une commande suivant la présente invention pour le cas où on utilise pour la commande deux leviers dont le point d'articulation est guidée sur la
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courbe fixe.
La figure 8 montre en vue et en coupe un exemple d'appli-. cation d'une machine motrice à cylindres tournants , pourvue de la commande suivant la présente invention
La figure 9 est une coupe partielle par IX-IX de la figure 8.
La figure 10 montre un schéma analogue à la figure 7 dans le cas où un point quelconque du triangle de commande est guidé sur la courbe.
La figure II montre un exemple d'application correspondant à la figure 9.
Il va de soi que la machine peut fonctionner sui- vant n'importe quel cycle et , comme machine motrice , avec n'importe quel fluide moteur , et sous la fome inverse , c'est à dire lorsqu'elle est actionnée de l'extérieur par des for- ces , elle convient comme machine réceptrice et comme machine- outil . On a supprimé dans toutes les figres les dispositions pour le refroidissement , l'allumage et la commande des sou- papes , vu que celles-ci peuvent être établies d'une manière connue.
Dans l'exemple de réalisation de la machine repré- senté aux figures 1 & 2 , on a désigné par A l'arbre de la ma -chine par l'intérieur duquel se fait l'amenée et l'admission du fluide moteur ; on peut également amener d'une manière con -nue à travers l'arbre l'agent de refroidissement . Le corps des cylindres B ,qui comporte par exemple deux cylindres dia- métralement opposés ,est relié rigidement à l'arbre A où est fait d'une pièce avec celui-ci, Il y a donc avantageusement deu leviers doubles C qui peuvent tourner en D sur le corps de cy- lindres et qui portent au moyen d'un pivot F deux/galets 0 & H.
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L'autre extrémité du levier double C s'engage au moyen d'une coulisse J autour de la broche K du piston double L qui peut osciller autour de l'axe de la machine . Les galets G & H roulent sur les courbes N & M qui sont calées sur l'envelop- pe 0 dans laquelle l'arbre A est supporté également .E est la plaque d'assise de la machine ,
La figure 3 montre la machine en schéma d'après le principe suivant pour le fonctionnement . Aussi longtemps que la broche K du piston L est arrêtée , le point D qui est par exemple un point d'un volant relié rigidement au cylindre B parcourt l'arc de cercle du point Lx au point 9x . De point F sur le levier 0 se meut pendant ce temps de Iz à 9z .
La position correspondante de la broche de piston k est re- présentée pour ce temps par ly-9y, Ensuite se produit un mou- vement accéléré du piston L qui passe par un maximum et at- teint finalement de nouveau la vitesse nulle ,ce qui cares- pond aux points 9y-17y. Le point D parcourt pendant ce temps la voie courbe 9x-17x et le point F la voie courbe 9z-17z' Ce jeu se répète jusqu'à ce qu'un tour de la machine soit a- chevé. Le nombre des jeux par tour de machine est quelconque mais c'est un nom-bre entier.
Aux figures 1 & 2 ,les pistons sont représentés en paire , Il n'est toutefois pas nécessaire d'employer cette disposition on peut au contraire utiliser aussi des pistons séparés ou bien plus de deux pistons en même temps . Il est pratique d'employer plus d'un piston et de faire en sorte qu'a lors les forces qui assent sur l'ensemble du sys-tème soient compensées , ce qui produit à côté d'un bon équilibrage des masses entre autres également un minimum de frottement pour l'ensemble du système de pistons.
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Oh a représenté à la figure 4 la même courbe dans les mêmesconditions et avec les mêmes chiffres de référenoe , sauf que dans ce cas le point d'attache D n'est pas en dehors mais à l'intérieur du cercle des cylindres.
La figure 5 représente le diagramme des forces qui est par exemple valable pour n'importe quel point de la course de travail . On va démontrer ici que la disposition du système de commande est telle que la résultante des forces prenant naissance ne peut pas produire un moment de rotation , c'est à dire donc qu'il ne se produit pas de forces constituant des pertes ,à part les forces de frottement .
Sur le piston L a- git perpendiculairement la force de la pression d'explosion P o qui se décmpose en une force P1 perpendiculaire au lotier C et en une force P2 dans la direction A-K-, c'est à dire dans un a- lignement qui passe par la broche du piston et par le centre de la machine .La force Pl agit sur le bras de levier 0 du levier
FDK, de sorte qu'elle déclenche la force P6 qui eat placée per, -pendiculairement à la tangente R-R- à la trajectoire.
On indiquera maintenant les deux moyens de démontrer que le système se trouve en équilibre .A cet effet ,on trace en A-D- une ligne droite qui représente les coordonnées y d'un système de coordonnées rectangulaires dont l'axe des x passe pet
D . Toutes les forces attaquant en D dans le sens de l'axe des x produiraient une rotation de la machine . Les forces y n'ont d'intérêt que pour le calcul de la résistance . En conséquence, la force Pl se décompose en une force P3 et en une force P4 et suivant la loi de la conservation de la force , la force P6 se décompose en des forces P7 et P8.
Il en résulte que les for- ces P4 et P8 soht égales et dires en sens contraire de sorte- que-leur somme est nulle et qu'elles n'ont aucune influence
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sur le mouvement de la machine Au point D agit alors uni- quement la force P 5 qui attaque le volant en D comme force réduite du cylindre .
La démonstration graphique de l'exactitude du cal- cul analytique ci-dessus résulte de ce qui suit :
Si l'on prolonge la force Pl et la force P 6 jus- qu'à leur point d'intersection ce point d'intersection se trouve sur l'axe des y et la résultante des forces P1 et P6 donne une force résultante PR dans le sens de l'axe des y.
Comme cette force passe exactement par le centre dela machi- ne , il est ainsi prouvé également qu'elle n'a aucune in- fluence sur la rotation de la machine.
On a représenté à lafigure 6 par Q-Q1 la ligne de zéro absolue qui a été divisée en 20 parties égales de 18x à 38x .. Pendant que le cylindre pour lequel l'allure de la pression de 18x à 38x est représentée dans la moitié supé- rieur de la figure 6 s'est déplacé de 18x à 28x , le piston pour lequel l'allure des pressions dans l'espace est repré- sentée à la moitié inférieure de la figure 6. doit s'arrêter c'est-à-dire qu'il doit se trouver au point double 18y-28y .
Lorsqu'alors le cylindre se meut de 28x à 38x ' tandis que visiblement la même vitesse doit régner , le piston est dépla -ce pendant le même temps de 28y vers le point 38y et comme on le voit dans cet exemple il exécute de 28y à 33y un mouve- ment accéléré et de 33y à 38y un mouvement ralenti. Les nom- bres portant les indices xpour le cylindre et les nombres portant les indices y pour le piston indiquent pour le piston et le cylindre des positions dans l'espace au même moment.
La puissance de la machine se calcule en HP par :
Nombre de tours de la machine multiplié par A-D x 2N
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multiplié par la valeur moyenne de tous les Px divisée par 60 X, 75.
Les courbes M et N aux figures 1 & 2 sont équidistante aux courbes M et N aux figures 3 & 4 et sont établies de telle fagon que sur N ne peut crculer que le galet G et surM le galet H .On évite ainsi une détérioration des galets lorsqu'on cas de renversement du sens de la force , les galets changent de sens de rotation par le fait qu'il. sont repoussée de la courbe extérieure sur la courbe intérieur Les deux courbes sont nécessaires pour produire constamment une allure fermée*
Par le choix approprié des valeurs d'accélération et de ralentissement pendant la course de rattrapage , on pat fai- re varier dans de larges limites la charges admissible de la ma- chine .On a aussipour cela la possibilité de rendre les diffé- rentes courses de la machine inégales dans le temps ou dans l'espace .
Ceci présente l'avantage , par exempb pour les mo- teurs d'avions,que l'on rend la course d'aspiration plus gran -de dans l'espace que la course de combustion ce qui pro- duit dans les hauteurs une bonnepuissanoe de la machine
La disposition des courses inégales présente encore cet avantage que l'on peut faire la course de détente plus grande que par exemple la course de compression ,ce qui permet d'obtenir un rendement thermique notablement meilleur . On peut également faire varier en conséquence la course d'échap -pement de sorte que les inconvénients de l'espace mort avec les résidus de gaz non brûlés peuvent être évités.
Oh a désigné à la figure ?par I le centre autour du- quel tournent l'organe menant et l'organe mené.1-2 est l'axe médian de l'organe menant 1-3 est l'axe médiant de l'organe mené. Sur l'organe menant est articulée au point/4 la tige 8
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et à l'organe mené est articulée au point 5 la tige 6 .
Ces deux tiges sont reliées par articulation au point 14 La somme des longueurs des tiges doit être constamment plus grande que la distance en ligne droite des points 4 & 5 ; ce n'est qu'au momert où l'organe mené , lors de son accélération ou de son ra- lentissement , atteint la vitesse angulaire que possède l'orga- ne menant tournant uniformément que la somme des longueurs des tiges peut devenir égale à, la distance des points 4 & 5 .
Par la variation du rapport des longueurs des tiges 6 et 8 on peut faire varier la forme de la courbe décrite par le mouvement du point 14 , en conservant les mêmesconditions d'accélération du point 5 0 Le choix correct de ces conditions d'accélération est important pour qu'il ne se produise pas de rupture dans la ma- chine D'autre part , la forme de la trajectoire du point 14 est importante pour que la tige 8 possède toujours une inclinai -son suffisante pour avoir des conditions dynamiques aussi favo- rables que possibles pour la commande du point 5 .Comme ces conditions esquissées ci-dessus seront toutefois différentes: dans toutes les machines considérer , le cas le plus favora- ble sera chaque fois recherché d'après les considérations qui suivent .
On supposera que le mouvement désiré du point 5 est le suivant .
Lors du mouvement du point menant 4 tourant uniformément de 4- vers 4& le point 5 doit par exemple parcourir un trajet double de 5 à 5a.Lors du mouvement du point 4 de 4& à 4b, le point 5 doit rester immobile .En conséquence , le point 5a regoit en même temps la désignation 5b.
Les trajets 4-4a & 4a-4b ne doivent pas nécessairement être égaux La longueur 4,4a est di isée par les pointe 4c,4d,4e,4f,4g,en six parties égales . * En concordance
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avec les points 4 à 4a ,la longueur 5-5a est divisée suivant les valeurs admissibles d'accélération et de ralentissement , en six parties par les points 5c,5d,5e,5f,5g, les points 4 et 5qui portent la même désignation se correspondant* Dans l'exemple re présenté ,on a supposé une accélération et un ralentissement uniformes de la vitesse du point'5 . On peut naturellement ohoi -air aussi d'autres conditions d'accélération pour la lon- gueur 5-5a pourvu qu'elles soient utilisables en pratique.
Tandis donc que le point 4 se meut avec une vitesse uniforme de 4 vers 4e , le point 5 reçoit une accélération de 5 à 5e; de 5e à 5a ,le mouvement du point 5 est ralenti en concordan -ce tandis que le point 4 continue à se mouvoir uniformément de 4e vers 4a .Si l'on décrit autour des points 4,40,4d,4e,4f 4g,4a & 4b des cercles avec la longueur de tige 8 comme rayon , ces cercles sont coupés aux points 14,15,16,17,18,19,20 & 21 par les cercles que l'on décrit successivement avec la lon- gueur de tige 6 comme rayon autour des points 5,5c,5d5,e,5f,5g, 5a et 5b . En reliant ces pointa on obtient la courbe 9.
Lorsque sous la commande du point 4 , le point 14 parcourt une de ces courbes , le point 5 se meut d'abord de 5 en 5a,tan- dis que le point 4 parvient en 4a,et il s'arrête au point 5a tandis que le point 4-va de 4a en 4b .Lorsque le point 14 est venu de 14 à 20 ,le rattrapage du point 5 se produit ; pendant le trajet du point .14 de 20 à 21 , le point 5 reste au repos .
Les trongons de courbe qui viennent d'être développés sont les axes médians des courbes 10 et 22 de la figure 8 qui sont dis- posées sur la partie fixe de la machine .Comme la tige 6 se trouve toujours perpendiculairement à la courbe pendant l'arrêt du point 5, c'est à dire sur le trajet du point 14 de 20 à 21 , le point 5 est immobilisé pendant ce temps dans les deux direc-
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-tions Dans un moteur , combustion interne , ceci signifie que lote ongonde courbe 20 à 21 supporte non seulement la réac.
-tion des forces de l'explosion mais empêche également que sous l'action du vide lors de la.course d'aspiration d'un mo- teur à quatre temps ,le piston soit refoulé dans le cylin- dre .Lorsque le point 14 a parcoure la courbe 9 , les points 4 & 5 ont toujours l'un par rapport à l'autre de nouveau la mê -me position.
EMI13.1
Sur la moitié inférieure de gau che de la figure 7 , on a représenté une autre position des tiges 6 et 8 avec d'au -' -tres longueurs de tiges et rapports de tiges ,les autres in- dications étant les mêmes que dans l'autre partie de la figure
7.
Dans le moteur rotatif à cylindres représenté à ti- tre d'exemple aux figures 8 et 9 ,le tourillon 1 est fait d'une pièce avec l'enveloppe de la machine . Sur ce tourillon tournent le support 2 des cylindres! et le support des pistons
3. Sur le support 2 des cylindres est articulée au point 4 la tige 8 qui est reliée par articulation au moyen de la broche à, la tige 6 qui est articulée de son côté au point 5 au sup- port 3 des pistons . L'enveloppe porte les courbes 9 et 22 construites suivant les explications relatives à la figure I, c'est à dire une rainure, de.courbe 10 dans laquelle la broche ' est guidée au moyen d'un galet ou autrement. Lorsqu'alors sous l'action de la pression de l'explosion la machine tourne, elle est commandée suivant les explications relatives àla figu -re 1.
Le travail fourni par la machine peut être absorbé par exemple au moyen d'une poulie R qui est reliée rigidement au support 2 des cylindres*
La commande qui vient d'être décrite se/rapporte au
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cas particulier dans lequel le point d'articulation libre du tringlage coudé reliant les deux placée est guidé dans une courbe .Cette disposition implique le plus souvent de grande a dimensions de la machine vu que la courbe de guidage est assez éloignée du centre de la machine. En tous cas la disposition qui vient d'être décrite prescrit la position et la forme de la courbe , ce qui peut être incommode dans beaucoup de cas pour des raisons constructives.
Pour obtenir une plus grande liberté dans la construc- -tion , on peut par conséquent guider dans une courbe , au lieu du point d'articulation ,n'importe quel autre point des tiges formant le tringlage coudé ou de leurs prolongements .Par le fait que le choix du point guidé est ainsi libre, la position de la courbe et , comme chaque point implique uneautre forme de la courbe , la forme de la courbe également sont soumises dans de certaines limites au libre choix du constructeur.
On a représenté schématiquement à la figure 10 un mé- canisme suivant l'invention . Les lignée 50-51 représentent un secteur radial du point à actionner tandis que la ligne 50-52 est un vecteur radial quelconque de la pièce menante . A la piè -ce menée est articulée sur 50-51 au point 53 la tige 53,54,55 à laquelle est reliée par articulation en 54 la tige 54,56 qui de son coté est articulée en 56 au rayon 50-52 qui tourne avec une vitesse uniforme .
On supposera quel' arc 56,57 représente le trajet que parcourt le point 56 avec le vecteur radial 50,52 pendant toute la partie du travail .Les conditions représen- tées se rapportent à une machine à courses égales danale temps; l'égalité des courses dans le temps n'est toutefois pas absolu- ment nécessaire . La pièce menée 50,51 doit être accélérée pen- dant le trajet 56,58 et ramenée de 53 à 59 tandis qu'elle doit rester arrêtée en 59 jusqu'à ce que le point 56 soit/allé de 58
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-à 57.
Pour qu'il ne se produise alors aucune rupture de la ma- tière , il est nécessaire que la longueur du rattrapage 53,59 soit divisée de telle manière que les accélérations de la pièce me- née n'atteignent jamais des valeurs inadmissibles. ]Dans le cas présent ,on a supposé une accélération uniforme et un ralen- tissement uniforme entre 53, et 59 .L'accélération peut toute±- -fois naturellement être modifiée dans les limites admissibles
Dans cette hypothèse ,la longueur 53,59 est divisée de telle façon qu'aux points 53,60,61,62,63,64,59, correspondent les po- sitions appropriées de la pièce menante 56,65,66,67,68,69,58.
Lorsqu'on amène a.lors successivement le tringlage 53,5 55,54-56 aux positions correspondant aux points 53,60,61,62,63,64,59 ou aux points 56,65,66,67,68,69,58, le point 55 parcourt le trajet
55,70,71,72,73,74,75.
Lorsqu'on dispose alors une courbe fixée au bâti de la machine suivant la construction précédante et qu'on guide le point 55 sur cette courbe , le point 53 ( pièce menée ) est ame -mé avec accélération ou ralentissement sous la commande du point 56 ( pièce menante ),de 53 à 59 ;
le point 55 est alors arrivé au point 75 et le point 56 jusqu'en 58 ( ce qui corres- pond à la moitié du jeu du piston ) Lorsqu'alors le point 56 est arrivé du point 58 au point 57, le point 55 s'est déplacé sur une ligne circulaire du point 75 au point 76 Pendant ce trajet ,la tige 53,54,55 se trouve toutefois constamment per- pendiculaire à 1'arc de cercle 75-76 de sorte que dans le cas ou le point 55 est guidé rigidement sur la courbe 75.76, un mouvement du point 53 dans les deux sens n'est pas possible.
On voit par conséquent que cette courbe remplit d'une part la condition de guider la point 53 de fagon que sa vitesse partant de 0 passe par un maxiumum et revienne à 0 , en parcou- rant le trajet d'un jeu complet lorsque le point 56 a parcouru
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le trajet d'un demi-jeu, et que d'autre part le point 53 est bloqué dans sa position 59 dans les deux sens , lorsque le point 56 est venu de sa position 58 dans la position 57, c'est à dire lorsque la pièce menante a parcouru de nouveau le trajet d'un demi-jeu du piston .On peut construire de manière analogue aussi une courbe utilisable lorsque la position de départ du traingla ge a les longueurs 53,77,78,-77,56.
Il est en outre indifférent que la longueur 53,54 soit prolongée au-delà. de 54 jusqu'en 55 ou que la longueur 56,54 soit prolongée par exemple jusqu'en 79 de fagon que 79 fasse le guidage .Le point guidé pourrait ,au lieu de se trouver sur le prolongement d'une tige , se trouver en n'importe quel point approprié de la tige.
On a représenté à titre d'exemple à la figure II un mo- teur comportant une semblable commando , on n'a envisagé que le cas où la tige 6 articulée au piston est prolongée au-delà, du point de liaison II jusqu'au point 7-1 est le tourillon qui est fait d'une pièce avec l'enveloppe de la machine .
Sur ce touril- lon tournent le support 2 des cylindres et le support 3 des pis- tons .Sur le support 2 des cylindres est articulée au point 4 la tige 8 qui est reliée par art-iculation au moyen de la bro- che 11 à la tige 6 qui , de son côté est artiouléeau point 5 sur le support 3 des pistons .La tige 6 est prolongée au-delà. du point dejonction .Il jusqu'au point 7 qui est guidé , par exemple au moyen de galets ou d'organes équivalents , le long de, courbes 9 et 22 ou dans la rainure courbe 10 * Cette rainure coutbe ou cettecourbe est construite suivant les principes de la figure 10 et est montée sur le bâti fixe de la machine .
Lors- qu'alors sous l'action de la pression de l'explosion la machine tourne , elle est commandée suivant les explications relatives à la figure 10 . Le travail fourni par la machine peut par exem- ple être recueilli au moyen d'une poulie R qui est calée sur le support 2 des cylindre a.
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Control for machines with pistons and cylinders arranged in a circle.
The present invention relates to a control for machines in which two machine parts (or two groups of maohine parts) are arranged ooncentrically.
One to the other one of the parts turning in a circle without interruption while the other part stops and stays back and advances alternately, with acceleration in relation to the rotating part uninterruptedly. The invention relates in particular to machines in which the uninterrupted rotating part actuates the moving part intermittently.
Examples of similar machines are engines with rotating cylinders comprising a group, rotating without interruption, / of separate cylinders.
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-posed in a circle and a group of corresponding pistons. it has been observed that in machines of this kind the most advantageous output is produced when the mechanism for the control of parts with intermittent movement does not participate in the positive transmission of work
The present invention relates to a control for the relative movement between the piston and the cylinder in machines of this kind.
The invention is based on this finding that for the flawless operation of a machine thus controlled, in addition to the fact that the control mechanism is relieved of the prositive transmission of work, the movement of the workpiece. intermittent movement must be started so that the speed variations take place gradually, that is to say that the speed variations follow mathematical laws so that for the highest known number of revolutions of the machine, inadmissible inertia forces never occur, and the intermittent moving part must be stopped from, * both sides during the rebound stroke,
this stop 'on both sides being produced advantageously by the special constitution of the mechanism.
According to the present invention, the control mechanism which is capable of fulfilling in the simplest manner the conditions indicated above consists of an articulated connection between the part with uniform rotation and the part with intermittent movement, the linkage of connection of the two parts being guided in such a way along a fixed curve in space that the part with intermittent movement is controlled with progressive speed variations in the direction corresponding to the purpose of the machine , so that the above-mentioned working conditions are met.
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Different shapes are possible for the realization of the control linkage.
A possible embodiment of a similar distribution, which for its part does not participate in the transmission of motive force and, by guiding the control parts actuated by the part with uniform movement along a c fixed curve prints 4 the intermittent moving part the desired movement with gradual speed transitions, consists according to the present invention of a double lever which is supported so as to be able to rotate on the rotating part at an unfiform speed. This lever is connected to the part with intermittent movement with the interposition of a device for compensating the length (for example of a sliding bearing).
On the other hand, a point of this lever is guided along at least one fixed curve so that the lever imparts to the intermittently moving part the desired movement. This lever advantageously takes the form of an angled lever which is mounted so as to be able to turn on the part with uniform rotation by the top of the branches, and which is guided by one of its ends on the curve of appropriate shape and control. by its other end the part which stops and which must be advanced again o
In this embodiment, the immobilization of the part moving at times is caused by the cooperation of several forces occurring in the total system, the forces of which the resultant passes through the center of the machine In this embodiment,
the control parts are mainly subjected to bending.
Another possible embodiment is to use for the control a lever system in several parts, part of the lever system being again guide.
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-dea along a fixed curve so that the control linkage rotating with the uniformly rotating part and driven by it imparts the desired movement to the intermittent moving part. In this case the parts sol -licited mainly to tension and compression, which in certain circumstances offers the possibility of achieving a lighter construction compared to the embodiment according to the first example mentioned, where the parts in question must be more strong as a result of the soil -licitation in bending.
As a result of the support of the control linkage on the curve, positive guidance is produced and, during the rebound stroke, by means of an appropriate constitution of the curved track, immobilization of the parts with intermittent movement, in both However, positive guidance is only possible when the control has a form such that the intermittently rotating part is moved with progressive speed transitions according to determined mathematical laws * To ensure similar progressive transitions of Speed, the curves must be established according to the determined mathematical laws mentioned above,
and the control rods must be made in such a way that the sum of the lengths of the rods forming the linkage is greater than the direct distance from the point leading to the driven point. Depending on the choice of admissible accelerations, the position of the leading point varies with respect to the driven point and the ratio of the lengths of the rods of the linkage also varies.
As we already have. indicated, the control linkage is established in such a way that while stopping one of the rotating parts, the control linkage itself is produced
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the immobilization of this part in both directions. It is obvious that to unload the mechanism, a special stop can also be provided. In certain circumstances, for example in the case of slow-moving machines, the control parts can then be constructed more lightly, since they then have to transmit, in comparison with relatively high working pressures, only relatively small inertia forces.
In the accompanying drawings:
The figure is a longitudinal section made in a machine comprising an angled lever as a control member and, which the nn can be assumed to be for example a two-stroke internal combustion engine.
Figure 2 is a section through line II-II of Figure I,
Figure 3 is a schematic of the machine according to Figures 1 & 2 and shows the operation in such a form that the control curve is outward and the piston stops every two strokes.
Figure 4 is a diagram of the machine in the case where the control curve is between the cylinder and the center of the machine,
FIG. 5 is a plan of the forces from which the operation of the machine can be deduced.
Figure 6 shows in diagram oomment the various pressures related to a total play of the piston, established for a machine with bent lever.
FIG. 7 shows the diagram of a control according to the present invention for the case where two levers are used for the control, the articulation point of which is guided on the
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fixed curve.
Figure 8 shows in view and in section an example of application. cation of a driving machine with rotating cylinders, provided with the control according to the present invention
Figure 9 is a partial section through IX-IX of Figure 8.
FIG. 10 shows a diagram similar to FIG. 7 in the case where any point of the control triangle is guided on the curve.
Figure II shows an example of application corresponding to figure 9.
It goes without saying that the machine can operate in any cycle and, as a prime mover, with any motive fluid, and in the reverse form, that is to say when it is actuated from the engine. external force, it is suitable as a receiving machine and as a machine tool. Provisions for cooling, ignition and valve control have been omitted in all the figures, since these can be established in a known manner.
In the exemplary embodiment of the machine shown in FIGS. 1 & 2, the shaft of the machine is denoted by A through the interior of which the supply and admission of the working fluid takes place; it is also possible to supply the cooling medium in a con -nu manner through the shaft. The body of the cylinders B, which for example comprises two diametrically opposed cylinders, is rigidly connected to the shaft A which is made in one piece therewith. There are therefore advantageously two double levers C which can rotate in D on the cylinder body and which carry by means of a pivot F two / rollers 0 & H.
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The other end of the double lever C engages by means of a slide J around the spindle K of the double piston L which can oscillate around the axis of the machine. The G & H rollers roll on the N & M curves which are wedged on the casing 0 in which the shaft A is also supported. E is the base plate of the machine,
Figure 3 shows the machine in schematic according to the following principle for operation. As long as the pin K of the piston L is stopped, the point D which is for example a point of a flywheel connected rigidly to the cylinder B traverses the arc of a circle from the point Lx to the point 9x. From point F on lever 0 moves during this time from Iz to 9z.
The corresponding position of the piston pin k is represented for this time by ly-9y. Then an accelerated movement of the piston L occurs which passes through a maximum and finally reaches zero speed again, which caress points 9y-17y. Point D runs through the curved track 9x-17x during this time and point F the curved track 9z-17z 'This game is repeated until one revolution of the machine is completed. The number of games per machine turn is arbitrary, but it is a whole number.
In Figures 1 & 2, the pistons are shown as a pair. However, it is not necessary to use this arrangement; on the contrary, it is also possible to use separate pistons or even more than two pistons at the same time. It is practical to use more than one piston and to make sure that at the time the forces which assent on the whole system are compensated, which produces besides a good balance of the masses among other things also minimum friction for the entire piston system.
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Oh has shown in Figure 4 the same curve under the same conditions and with the same reference figures, except that in this case the point of attachment D is not outside but inside the circle of the cylinders.
FIG. 5 represents the force diagram which is for example valid for any point of the working stroke. We will demonstrate here that the arrangement of the control system is such that the resultant of the forces arising cannot produce a rotational moment, i.e. therefore that no forces constituting losses occur, apart from friction forces.
On the piston L a- perpendicularly the force of the explosion pressure P o which decomposes in a force P1 perpendicular to the trefoil C and in a force P2 in the direction AK-, that is to say in an alignment which passes through the piston pin and through the center of the machine The force Pl acts on the lever arm 0 of the lever
FDK, so that it triggers the force P6 which is placed per, -pendicular to the tangent R-R- to the trajectory.
We will now indicate the two means of demonstrating that the system is in equilibrium. To this end, we draw in A-D- a straight line which represents the y coordinates of a rectangular coordinate system whose x axis passes pet
D. All forces attacking at D in the x-axis direction would cause the machine to rotate. The forces there are only of interest for the calculation of resistance. Consequently, the force Pl breaks down into a force P3 and a force P4 and according to the law of conservation of force, the force P6 breaks down into forces P7 and P8.
It follows that the forces P4 and P8 are equal and say in the opposite direction so that their sum is zero and that they have no influence
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on the movement of the machine At point D then acts only the force P 5 which attacks the flywheel at D as the reduced force of the cylinder.
The graphical demonstration of the correctness of the above analytical calculation results from the following:
If we extend the force Pl and the force P 6 up to their point of intersection this point of intersection is on the y axis and the resultant of the forces P1 and P6 gives a resultant force PR in the direction of the y axis.
As this force passes exactly through the center of the machine, it is thus also proved that it has no influence on the rotation of the machine.
We represent in Figure 6 by Q-Q1 the absolute zero line which has been divided into 20 equal parts from 18x to 38x .. While the cylinder for which the pressure trend from 18x to 38x is represented in half the upper part of figure 6 has moved from 18x to 28x, the piston for which the course of the pressures in space is shown in the lower half of figure 6. must stop that is that is, it must be at the double point 18y-28y.
When then the cylinder moves from 28x to 38x 'while visibly the same speed must prevail, the piston is moved during the same time from 28y to point 38y and as seen in this example it performs from 28y to 33y an accelerated movement and from 33y to 38y a slowed movement. The numbers with the indices x for the cylinder and the numbers with the indices y for the piston indicate positions in space for the piston and the cylinder at the same time.
The power of the machine is calculated in HP by:
Number of machine revolutions multiplied by A-D x 2N
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multiplied by the average value of all Px divided by 60 X, 75.
The M and N curves in Figures 1 & 2 are equidistant from the M and N curves in Figures 3 & 4 and are established in such a way that on N can only crumble the roller G and on M the roller H. This prevents damage to the rollers when the direction of force is reversed, the rollers change direction of rotation by the fact that it. are pushed from the outer curve onto the inner curve Both curves are needed to consistently produce a closed gait *
By appropriately choosing the acceleration and deceleration values during the catch-up stroke, the permissible machine load can be varied within wide limits. This also allows the possibility of making the different strokes. of the machine unequal in time or in space.
This has the advantage, for example for aircraft engines, that the suction stroke is made larger in space than the combustion stroke, which produces good power at heights. of the machine
The arrangement of the unequal strokes also has the advantage that the expansion stroke can be made larger than, for example, the compression stroke, which makes it possible to obtain a significantly better thermal efficiency. The exhaust stroke can also be varied accordingly so that the drawbacks of dead space with unburned gas residues can be avoided.
Oh designated in the figure? By I the center around which revolve the leading organ and the driven organ. 1-2 is the median axis of the leading organ 1-3 is the medial axis of the organ driven. On the driving organ is articulated at point / 4 the rod 8
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and to the driven member is articulated at point 5 the rod 6.
These two rods are linked by articulation at point 14 The sum of the lengths of the rods must be constantly greater than the distance in a straight line from points 4 &5; it is only when the driven organ, during its acceleration or slowing down, reaches the angular velocity possessed by the uniformly rotating driving organ, that the sum of the lengths of the rods can become equal to , the distance of points 4 & 5.
By varying the ratio of the lengths of the rods 6 and 8 it is possible to vary the shape of the curve described by the movement of point 14, keeping the same acceleration conditions of point 5 0 The correct choice of these acceleration conditions is important so that no breakage occurs in the machine On the other hand, the shape of the trajectory of point 14 is important so that the rod 8 always has a sufficient inclination to have such favorable dynamic conditions. - as possible for the control of point 5. As these conditions outlined above will however be different: in all the machines considered, the most favorable case will each time be sought according to the following considerations.
It will be assumed that the desired movement of point 5 is as follows.
When moving the leading point 4 turning evenly from 4- to 4 & point 5 must for example travel a double path from 5 to 5a. When moving point 4 from 4 & to 4b, point 5 must remain stationary. Consequently, at the same time, point 5a receives the designation 5b.
Paths 4-4a & 4a-4b do not necessarily have to be equal Length 4.4a is di ized by points 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, into six equal parts. * In agreement
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with points 4 to 4a, the length 5-5a is divided according to the admissible values of acceleration and deceleration, into six parts by points 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, points 4 and 5 which bear the same designation corresponding * In the example shown, we have assumed a uniform acceleration and deceleration of the speed of point '5. Of course, other acceleration conditions can also be observed for the length 5-5a, provided that they can be used in practice.
So while point 4 moves with a uniform speed of 4 towards 4th, point 5 receives an acceleration from 5 to 5th; from 5th to 5a, the movement of point 5 is slowed down in concordance while point 4 continues to move uniformly from 4th to 4a. If we describe around points 4,40,4d, 4e, 4f 4g, 4a & 4b circles with the length of rod 8 as radius, these circles are cut at points 14,15,16,17,18,19,20 & 21 by the circles that are described successively with the length of rod 6 as radius around points 5,5c, 5d5, e, 5f, 5g, 5a and 5b. By connecting these pointa we obtain the curve 9.
When under the control of point 4, point 14 traverses one of these curves, point 5 first moves from 5 to 5a, while point 4 arrives at 4a, and it stops at point 5a while that point 4-goes from 4a to 4b. When point 14 has come from 14 to 20, the catching up of point 5 occurs; during the journey of point 14 from 20 to 21, point 5 remains at rest.
The sections of curve which have just been developed are the median axes of curves 10 and 22 of figure 8 which are arranged on the stationary part of the machine. As the rod 6 is always found perpendicular to the curve during the stopping point 5, i.e. on the route from point 14 from 20 to 21, point 5 is immobilized during this time in both directions
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-tions In an engine, internal combustion, this means that lote ongonde curve 20 to 21 not only supports the reaction.
-tion of the forces of the explosion but also prevents that under the action of the vacuum during the suction stroke of a four-stroke engine, the piston is pushed back into the cylinder. When point 14 a traverses curve 9, points 4 & 5 always have the same position relative to each other again.
EMI13.1
On the lower left half of FIG. 7 there is shown another position of the rods 6 and 8 with other rod lengths and rod ratios, the other indications being the same as in the figure. 'other part of the figure
7.
In the rotary cylinder engine shown by way of example in Figures 8 and 9, the journal 1 is made in one piece with the casing of the machine. On this journal turn the support 2 of the cylinders! and the piston support
3. On the support 2 of the cylinders is articulated at point 4 the rod 8 which is connected by articulation by means of the pin to, the rod 6 which is articulated on its side at point 5 to the support 3 of the pistons. The casing carries the curves 9 and 22 constructed according to the explanations relating to FIG. I, ie a groove, of curve 10 in which the spindle is guided by means of a roller or otherwise. When then under the action of the pressure of the explosion the machine rotates, it is controlled according to the explanations relating to figu-1.
The work done by the machine can be absorbed for example by means of a pulley R which is rigidly connected to the support 2 of the cylinders *
The command which has just been described relates to the
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special case in which the free articulation point of the bent linkage connecting the two placed is guided in a curve .This arrangement most often implies large dimensions of the machine since the guide curve is far enough from the center of the machine . In any case, the arrangement which has just been described prescribes the position and the shape of the curve, which can be inconvenient in many cases for constructive reasons.
To obtain a greater freedom in the construction, one can consequently guide in a curve, instead of the point of articulation, any other point of the rods forming the bent linkage or of their extensions. that the choice of the guided point is thus free, the position of the curve and, as each point implies another shape of the curve, the shape of the curve also are subject, within certain limits, to the free choice of the manufacturer.
FIG. 10 schematically shows a mechanism according to the invention. The lines 50-51 represent a radial sector of the point to be actuated while the line 50-52 is any radial vector of the driving part. At the driven part is articulated on 50-51 at point 53 the rod 53,54,55 to which is connected by articulation in 54 the rod 54,56 which for its part is articulated at 56 to the radius 50-52 which turns with uniform speed.
It will be assumed that the arc 56.57 represents the path traversed by point 56 with the radial vector 50.52 during the whole part of the work. The conditions shown relate to a machine with equal strokes of time; equality of races over time is not, however, absolutely necessary. The driven part 50.51 must be accelerated during travel 56.58 and reduced from 53 to 59 while it must remain stopped at 59 until point 56 has / gone from 58
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-to 57.
So that no material breakage occurs, it is necessary for the length of the take-up 53.59 to be divided in such a way that the accelerations of the driven part never reach inadmissible values. ] In the present case, a uniform acceleration and a uniform deceleration between 53, and 59 have been assumed. The acceleration can all ± - -times naturally be varied within the permissible limits
In this hypothesis, the length 53,59 is divided in such a way that at points 53,60,61,62,63,64,59, correspond the appropriate positions of the leading part 56,65,66,67, 68.69.58.
When we bring a.then successively the linkage 53.5 55.54-56 to the positions corresponding to points 53,60,61,62,63,64,59 or points 56,65,66,67,68,69 , 58, point 55 runs through the path
55.70.71.72.73.74.75.
When we then have a curve fixed to the frame of the machine according to the previous construction and we guide point 55 on this curve, point 53 (driven part) is driven with acceleration or deceleration under the control of point 56 (leading part), from 53 to 59;
point 55 has then reached point 75 and point 56 up to 58 (which corresponds to half of the piston clearance) When then point 56 has arrived from point 58 to point 57, point 55 s 'is moved on a circular line from point 75 to point 76 During this journey, however, the rod 53,54,55 is constantly perpendicular to the arc of a circle 75-76 so that in the case where point 55 is guided rigidly on the curve 75.76, a movement of point 53 in both directions is not possible.
We see therefore that this curve fulfills on the one hand the condition of guiding point 53 so that its speed starting from 0 passes through a maxiumum and returns to 0, by traversing the path of a complete set when the point 56 traveled
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the path of half a game, and that on the other hand the point 53 is blocked in its position 59 in both directions, when the point 56 has come from its position 58 in the position 57, that is to say when the leading part has again gone through the path of half a play of the piston. A curve can also be constructed in a similar fashion which can be used when the starting position of the traingla ge has the lengths 53,77,78, -77,56.
It is also immaterial whether the length 53.54 is extended beyond. from 54 to 55 or that the length 56,54 is extended for example up to 79 so that 79 makes the guide. The guided point could, instead of being on the extension of a rod, be in any suitable point on the rod.
As an example, FIG. II shows a motor comprising a similar commando, only the case where the rod 6 articulated to the piston is extended beyond, from the connection point II to point 7-1 is the journal which is made in one piece with the machine casing.
On this journal turn the support 2 of the cylinders and the support 3 of the pistons. On the support 2 of the cylinders is articulated at point 4 the rod 8 which is connected by articulation by means of the pin 11 to the rod 6 which, for its part, is artiouléeau point 5 on the support 3 of the pistons. The rod 6 is extended beyond. from the junction point. It to point 7 which is guided, for example by means of rollers or equivalent members, along, curves 9 and 22 or in the curved groove 10 * This cut groove or this curve is constructed according to the principles of Figure 10 and is mounted on the fixed frame of the machine.
When then under the action of the pressure of the explosion the machine turns, it is controlled according to the explanations relating to figure 10. The work done by the machine can for example be collected by means of a pulley R which is wedged on the support 2 of the cylinder a.