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B R E V E T D' INVENTION AMORTISSEUR DE VIBRATIONS DE TORSION
La présente invention se rapporte a une méthode et à des moyens pour rendre aussi petite que possible l'amplitude des vibrations de torsion) destinés à être utilisés dans un sys- tème tournant dans lequel un couple de torsion puisatoire se trouve transmis entre des masses tournantes autour d'un même axe,et devant répondre aux conditions imposées par la pratique courante, comme par exemple, dans le cas d'une hélice entrai- née par un moteur à mouvement alternatif) ou dans le cas d'u- ne pompe alternative entraînée par un moteur électrique, c'est à-dire plus généralement dans le cas d'un système comprenant un organe tournant menant et un organe tournant mené. un de ces organes étant soumis à un couple pulsatoire.
Dans un système soumis à des vibrations forcées.le para- mètre sur lequel dépend l'amplitude des vibrations forcées, m est le rapport -, m étant la fréquence des vibrations forcées p et 2 la fréquence propre du système* Lorsque ce rapport est petit comparé à l'unité, l'amplitude des vibrations forcées est pratiquement égale à la déviation statique obtenue en né-
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gligeant l'accélération ou l'inertie du système. A mesure m que le rapport- se rapproche de l'unité, l'amplitude aug- p m m mente. Il y a resonnance quand - = 1. Quand - est très p p grand, l'amplitude des vibrations forcaes est très petite.
Si la vibration forcée n'est pas simplement harmonique, il peut y avoir résonnance avec une harmonique de la fré- p quence forcée fondamentale m lorsque - est un nombre entier. m
Dans le but de réduire la fréquence des vibrations na- m tureiies et augmenter ainsi le rapport - pour lui donner p une valeur suffisante pour réduire considérablement l'ampli- tude des vibrations forcées, on utilise quelquefois, pour transmettre la rotation, des couplages flexibles contenant des ressorts ou d'autres moyens mécaniques flexibles*
Or, tout dispositif contenant des ressorts présente né- cessairement une ou plusieurs vitesses critiques de nota- tion, du fait que la fréquence naturelle du système est dé- terminée par les caractéristiques du ou des ressorts, qui sont indé pendantes de la vitesse de rotation.
La présente invention a pour objet de fournir une métho- de pour réduire la fréquence naturelle d'un système tournant du genre indiqué, qui ne présente pas de vitesses critiques, en utilisant l'inertie d'une ou de plusieurs masses montées dans le système avec un certain degré de liberté, la force centrifuge développée par les masses jouant le rôle de la flexibilité d'une connexion par ressort*
Suivant la présente invention, la méthode pour réduire l'amplitude des oscillations de torsion d'un système tour- nant.
soumis à un couple de rotation pulsatoire, consiste à utiliser le déplacement angulaire d'une msse dans un plan contenant l'axe de rotation du système, en contraignant par- tiellement ladite masse, qui se trouve déportée par rapport à l'axe de rotation, de manière telle que le déplacement angu- laire de ladite masse dans le plan de rotation, par rapport à l'arbre qui la supporte, soit accompagné d'un déplacement angulaire dans le pian nommé en premier,
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Plus Partlcullàrejnente la méthode consiste à utiliser 1# lnertle d'une masse, montée de manière à aglr Comme un pendu- le ('ont le Plan d'oscl11atlon se trouve Incliné d
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Un angle algu sur le Plan de rotatlon, ladite masse devantre-
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cevo1r et restituer l'énergie PUlsato1re4Qu sijtème.
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Dans un système moteur tournant, les moyens pour réduire
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l'am4hitUde des oscillations de torslon, suivant la Méthode 01-dessuse comprennent un arbre, Une ou plusieurs masses décalée, par rapport au (lit arbre et des moyens de pl¯ Votement reliant lesdites masses au dit arbre de manière tel-
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le que le déplacement des masses par rapport à l'arbre ,alla
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le Plan de rotation s,accompagne d'un déplacement relatlrdals le Plan contenant l'axe de rotation.
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Les moyens reliant chacune des masses a l'arbre compren-
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nent de Pré-férence un organe de Zlalson relié à l'arbre par
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un pivot dont l'axe coupe l'axe de l'arbre à angle droit, le-
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dit organe de liaison étant Z0116 à la masse par un Plvotdant
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l'axe se trouve décalé par -rapport à l'axe du pivot$ nommé en Premier, les Projections des dits axes de pivot sur Un plan à angle droit avec la perpendiculaire commune sur les dits axes
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du pivot faisant en tri elles un angle aigu et le décalage de la
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masse par rapport à l'axe de l'arbre étant grand Comparé au
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décalage entre les axes du pivot) c'est-à-dlre à la longueur
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de l'organe de liaison, longueur
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Pour des raisons d'équl1lbrage,
Il est pre rable de pré-
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voir au moins deux masses l'une en face de l'autre, ces masses pouvant être articulées aux extrémités d'un organe ces masses
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colmwali Pivoté Sur l'al'bre en son centre, ou bien les masses dl sposée en face l' une de -'-'autre peuvent t être art:( CUl ée s des ol?gaues liaison aïstIlIcts , artICUldes des organes de liaison dlstlncts, articulés à l'Olre sur pivot commun. al'tlculés Ilaibze sur La ou les masses tournantes pivotées peuvent .=roir une 1- nert:le de rotation SUfflsante pour que leurs oscl11atlons an- "lll e8 dans le plan de rotation soient petites s comparées aux
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oscillations angulaires de torsion du rotor ou de l'arbre sur lequel est ou sont montées .es nasses articulées;
dans le cas où la ou lesdites masses ne présentent pas elles-mêmes une i- nertie de rotation suffisante pour que leurs oscillations an- gulaires dans le plan de rotation soient petites comparées aux oscillations angulaires de torsion du rotor ou de J'arbre, on peut contraindre convenablement la ou lesdites masses dans le sens de la torsion, par rapport a un organe tournant présen - tant une inertie de rotation suffisante, pour que les masses articulées se trouvent animées d'une vitesse angulaire relati- vement constante, ledit organe tournant n'étant pas autrement relié au rotor ou a l'arbre portant la ou lesdites masses,,
Lesdites masses tournantes pivotées devront avoir un mo- ment d'inertie tel et l'organe de liaison, au cas où un tel organe est prévu,
devra avoir une longueur telle que la fré- Quence naturelle du système soit relativement basse. C'est une caractéristique de la méthode et des moyens de la présente in- vention que lorsque, à la vitesse de rotation normale ou maxi- ma du système, la fréquence des vibrations naturelles ne cor- respond pas avec la fréquence fondamentale ou avec une harmo- nique importante quelconque de la vibration forcée, le systè- me ne présente aucune vitesse critique,
La raison de l'absence totale de résonnance sur toute la gamme des vitesses de rotation réside dans le fait que la fle- xibilité est obtenue., non pas par des moyens mécaniques flexi- bles ayant une fréquence naturelle fixe, comme dans certaines formes connues de couplages flexibles,
mais par un système os- cillant dans lequel les forces de rappel varient avec la vites- m se de rotation. Le rapport - est, par suite.- indépendant de la vitesse de rotation, .La prévision d'un ou de plusieurs organes de liaison reliant les masses articulées à l'arbre, lesdits organes de liaisons vant basculer durs un plan contenant l'axe de rotation et la ou les masses, présente un grand avantage du fait que l'interposi-
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non ae tels organes a pour résultat que l'Oscillation de la masse articulée a lieu sensiblement autour du centre d'iner- tie par rapport au pivot reliant la masse à l'organe de liai- son, c'est-à-dire autour du point auquel se trouve appliquée la force centrifuge résultante.
Oela a pour effet d'éliminé les moments fléchissants dans l'arbre, par opposition avec un système dans lequel la masse oscillante est articulée direc- tement sur l'arbre.
En appliquant la présente invention à un couplage par ar- bre, la ou les masses décalées articulées à l'arbre sont re- liées à un second arbre de même axe que le premier, le ou les bras portant ou constituant lesdites masses étant engagés en un point décalé par rapport à l'axe dans un croisillon ou un organe analogue monté sur le deuxième arbre, la connexion en- tre le bras et le croisillon étant telle qu'un mouvement re- latif peut avoir lieu seulement dans une direction parallèle à l'axe.
D'autre part, dans l'application de l'invention à une hé- lice, les masses décalées sont constituées par les pales de l'hélice elles-mêmes. Dans ce cas, l'organe du système, sou- mis à un couple résistant de rotation sensiblement constant, est constitué par l'ensemble des pales et l'organe soumis au couple de rotation puisatoire est l'arbre menant de l'hélice.,
Les dessins joints représentent l'application de l'inven- tion à un couplage par un arbre (fige* 1 a 5) et à une hélice (fige* 6 et 7).
Dans ces dessins:
La figure 1 représente en élévation latérale un couplage par arbre, suivant l'invention.
Les figures 2 et 3 représentent en section des détails de la figure 1, les sections étant faites respectivement suivant les lignes 2 - 2 et 3 - 3 de la figure 1.
La figure 4 représente en élévation latérale une modifica- tion du couplage par arbre $suivant la figure 1.
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La figure 5 est une vue de détail, partiellement en sec- tion, faite suivant la ligne 6 - 5 de la figure 4.
La figure 6 représente en élévation latérale une hélice construite suivant l'invention,
La figure 7 est une vue analogue à la figure 6, d'une mo- dification de l'hélice suivant la figure 6.
La figure 8 est un schéma vu dans la direction de l'axe de rotation et montrant le mode de vibration des systèmes re- présentés dans les figures 1 a 7.
Les figures 1 a 3 représentent un dispositif pour réali- ser le couplage de deux arbres 10 et 18 de même axe, le pre- mier de ces arbres, 10, étant soumis à un couple de rotation pulsatoire, tandis que le second, 19, est soumis a un couple sensiblement constant. Peu importe lequel de ces deux ambres est l'arbre menant et lequel est l'arbre mené. Dans le cas d'un moteur a organes alternatifs, par exemple entraînant une machine électrique, c'est l'arbre du moteur qui se trouve sou- mis au couple pulsatoire, cet arbre étant représenté par l'ar- bre 10 dans la figure 1, tandis que l'arbre de la machine élec- trique est soumis à un couple résistant sensiblement constant et sera représenté par l'arbre 19 dans la figure 1.
D'un au- tre côté, dans le cas d'un moteur électrique entraînant une pompe alternative, la position se trouvera renversée, l'arbre 18 étant l'arbre moteur et l'arbre 10 l'arbre de la pompe.
A l'extrémité de l'arbre 10 se trouve disposé un pivot 11 dont l'axe coupe l'axe de l'arbre 10 a angle droit. Ce pivot porte un organe de liaison court, ou organe d'équilibre 13 aux extrémités duquel sont pivotés, en 13, une paire de bras 14 portant des masses 15 à leurs extrémités. Les bras 14 pas- sent à travers des fentes 17 situées aux extrémités d'une pai- re de bras 18 constituant un croisillon monté sur l'autre ar- bre les les fentes 17 étant parallèles à l'axe des arbres. Les bras 14 sont ainsi libres pour exécuter un mouvement limité dans le sens de l'axe, par rapport à l'arbre 19, mais les points
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où Ils traversent)les fentes 17 ne sont pas libres de se mou- @ voir par rapport à l'arbre 19 dans le plan de rotation.
Les axes du pivot 13 sur lequel sont montés les bras 14 sont o- rientés de manière telle qu'un déplacement angulaire du bras
14 sur son pivot 13 est accompagné d'un déplacement angulai- re dans le plan de rotation et d'un mouvement angulaire dans le plan contenant la ligne axiale de l'organe de liaison 12 et l'axe de rotation, c'est-à-dire le plan perpendiculaire à l'axe du pivot 11.
L'inclinaison du pivot 13 est représen- tée dans la figure 2, dans laquelle les lignes en trait mix- te 10 - 10 et Il - 11 représentent les projections, sur le plan de la section, de l'axe de l'arbre 10, c'est-à-dire de l'axe de rotation, et de l'axe du pivot Il$ quand l'organe de liaison 12 et le bras 14 sont perpendiculaires à l'arbre
10, c'est-à-dire quand les bras 14 et l'organe de liaison 12 se trouvent alignés l'un avec l'autre et perpendiculaires à l'arbre, et non pas dans la position déplacée suivant un cer- tain angle, telle qu'elle est représentée dans la figure 1.
La modification représentée dans les figures 4 et 5 dif- fère de la disposi tion des figures 1 à 3 en ce que l'organe de liaison unique 12 a été remplacé par une paire de tels or- ganes, 12,12x, montés sur un pivot commun 20 qui remplace le pivot 11 de la figure 1.
Dans cette disposition. les Inclinons des axes 13 des Pivot.. rapportées au sens de rotation, sont opposées, c'est- à-dire que leurs projections sur le plan passant par l'axe de l'arbre 10 perpendiculaire au pian de la figure, coïncident, quand les organes de liaison 12, 12x sont dirigés (dans des directions opposées) perpendiculairement à l'arbre 10, tandis que dans la disposition des figures 1 à 3 les axes des pivots 13 sont inclinés dans le même sens par rapport au'sens de rotation, de sorte que quand on les projette de la manière ci-des sus, leurs projections se coupent suivant un certain angle, symétriquement par rapport à l'axe de l'arbre 10.
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Dans le but de réduire autant que possible l'application de forces de frottement sur l'arbre 10, de telles forces cons- tituant une raison sérieuse de marche irrégulière, le pivot
20 est de préférence construit de la manière représentée avec
Plus de détail dans la figure 5. L'axe du pivot 20 est mon- té entre les mâchoire de l'extrémité fourchue de l'arbre 10 et porte, au moyen d'un roulement à aiguilles 21, un manchon
22 sur lequel sont montés de manière a pouvoir tourner. au moyen de roulements à aiguilles 23,24, les moyeux intérieurs des organes de liaison 12,12x.
On voit, dans la figure 5, que l'organe de liaison 12x possède un seul moyeu central porté sur un roulement à ai- guilles 24, et que l'organe de liaison 12 possède un moyeu fourchu porté sur des roulements à aiguilles 23, les mâchoi- res du moyeu 12 et les roulements 23 entourant le moyeu 12x et le roulement 24. Grâce a ce moyeu, les roulements exté- rieurs 23,24, sont seuls soumis à la charge centrifuge, les forces centrifuges opposées des bras 14 se neutralisant en- files dans le manchon flottant 22, et le roulement inté- rieur 21 se trouve soumis seulement à des charges dissymé- triques dues aux oscillations des organes de liaison 12, 12x et au couple transmis par l'arbre 10.
Pour cette raison la charge de frottement sur le palier intérieur 20, 21, 22 est relativement légère du fait que les charges centrages sont en générale bien plus élevées que les autres charges. Comme ' variante, on peut supprimer 1'un ou loutre des roulements aiguilles 23, 24, l'un des organes de liaison 12 ou 12x étant alors fixé sur le manchon 22 et l'autre pouvant tourner sur le- dit manchon.
Il est évident que dans la disposition de la fi- gure 1, possédant un seul organe de liaison ou d'équilibre 12, il n'est pas nécessaire de prevoir un manchon flottant dans le palier Il) ce palier n'étant pas soumis à une charge centra ge, les forces centrifuges opposées des bras 14 se neutralisant entr'elles dans l'organe 12.
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Les figures 6 et 7 représentent l'application de l'inven- tion à une hélice. Dans le cas d'une hélice entraînée par un moteur alternatif, l'arbre menant est soumis à un couple pul- satoire et il est désirable de réduire autant que possible les oscillations de torsion des masses entraînées) à savoir les pa- les de l'hélice.
Dans l'application de la présente invention à ce cas, les masses, articulées de manière telle que leur dé- placement angulaire dans le plan de rotation .soit accompagné d'un déplacement angulaire dans un plan perpendiculaire, sont constituées par des pales de l'hélice, elles-mêmes. Ainsi dans la figure 6, qui représente une disposition correspondant à celle de la figure 1, l'arbre 10 est l'arbre moteur de l'héli- ce, la disposition concernant l'organe d'équilibre 12 et les pivots Il et 13 étant exactement la même que pour la figure 1, Dans ce cas, cependant, les bras 14,15 portant les masses dans le cas de la figure 1, sont remplacés par les pâles 14x de l' hélice, elles-mêmes.
Dans la figure 7, l'arbre 10, le palier du pivot composé 20, les organes de liaison 12,12x et les pivots 13 sont exac- tement comme dans la figure 4, les pales 14x de l'hélice pre- nant la place des bras 14,15 ci-dessus*
La figure 8 représente le mode d'oscillation des disposi- tifs décrits plus haut. L'axe de l'arbre est représenté en 0 et l'organe de lisison 12 des figures 1 et 6 et les organes de liaison correspondants 12,12x des figures 4 et 7 sont repré- sentés par la ligne A1 OA2 dans une position et par la ligne pointillée A'1 OA'2 dans la position déplacée. Les bras 14 ou les pales 14x de l'hélice sont représentées par les lignes A1B1 et A2B2, et dans la position déplacée par A'1B1 et par A'2B'2.
Le résultat de l'application d'un couple oscillant à l'ar- bre 10 est que l'extrémité de l'arbre 10, portant avec lui le ou les organesde liaison 12, 12x, oscille d'un angle représen- té par A1 OA'1, tandis que le, bras A1B1 oscille (,pu,,,% angle
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AIOIA/l ;1a.s le p1 n de rotation.
Du fait lie l'inclinaison du pivot 12 en AI le bras exécute également une #cillation dans Un Plan pependicUla1re à celui de la figure. les points oicz repl"é::!t3l1tan.t les noeuds de l'OScillation d.ans le Plan de :rota- tion des bras AlBl et A2B2 sont situés sensiblement aux cen- tres QI inertie des bras par rapport aux pivots AI et A2eet et est POUR Cette raison que les fe,'--tes 17 du croisillon 18 doi- da4ls les couplages représentés dans les figures 1 à à, être disposées à la même distance radiale que les centres ai inertie des bras chargés 14,15 autOUr de leurs pivots 13.
Dans le cas d'un Couplage par arbre, l'amplitude de l'os- eillation je torsion àu croisillon le et de l'arbre 1aa bien qU'étant infz=ie,re a celle de l'arbre 10, soit ,A1 0A'inést Ct;1pend::::lt pas nUlle et le noeud apparait. dans ce cas, près du centre dtlre2tie du bras 14,15 et peut, par suite. ne pas
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tomber exactement à l'endroit de la fente 17 dans les figures
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i à 5.
On peut mO:.1irer que la fréque-lce naturelle p du système de la figure 8 est donnée par : P32 = f2--- e x Oil -f et.2 soit respectivement les longueurs de 001 et de Og 1,, le le moment d'inertie de la tige chargée AZBl autour (la son centre de i:2ertie Cie et ? la force ceiltrifUge appliquée en 01, Pourvu que la :1.0-..611eu1' e soit petite comparée à f.
Dans ul. couplage par arbre comme représenté dans les r1gu- l'es 1 il 5> la fr6que:ce naturelle se trouve moJiti.ée par l'i- nertie croisillon 18 et par les autres rirsses portées par le second arbre la, l'effet total éta4t équivalent à une aug- mellta tiO:1 J.ar,.s 1:.. valeur de 1.
La force Centrituge F est proportionnelle au carré ae la Vitesbe de rotation et la fréquenee turelle du système se trouve atns1 être proport1onnelle à la vitesse de rotation de sorte que s'Il ¯e se proault pas de l"éSOll.r.:.ance a une vitesse donnée. Il 2!e Peut S'en produire à aucune autre vitesse et qUl :L.l n'y a, Par suites pas de vitesse critique* le5 - 10 -
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Dans les dispositions ne comportant qulun seul organe de liaison 123 1>oscillation des bras 14y14X dans le plan contenant '#arbre 10 a lieu comme représenté dans les figures 1 et 8 les bras oscillant à la manière d'une balangoll'i?" ctest-à
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dire dans des sers opposés par rapport à la direction axiale
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de lsarbre 10, Dans les dispositions comport!1t cieux orgazes de liai-son ,212x l'OSCillation se fait à la manière de ci- seaux;
les bras oscillant dans le même 5e.ras par rapport à la direction axiale, connas le représentent les figures 4 et '7.
Oela tient à la différence existant dans J. orà,ertation rela- tive des pivots 13 l'un PGJ:> rapport à l'autre; entre les corz- tructions des figures 1 et e d'une part et des figures 4 et?
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d'autre part,
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1UcvENDIOA1'IONS 1:1' :a.mSt1JlJ1J ----------------------- 1.- Méthode pour diminuer l'amplitude des osciiyations de tcr- sion d'un système tournant soumis à un coup,,- dA rotation puJ.satoire la méthode consistant à utiliser le c;.Place- ment angulaire d/1,:me masse. dans un Dinri contell:1t l'axe de a?otatlone pour recevoir et POUJ:>!\=!Stitue.1' 1A nPrgie p¯ t 1" dU Système;
An co';tJ:>aignant ,pfi:('tie:f..emejlt la.C.:/, te masse qui est décalée par rapport , 11.1xe de J:>otat10n" de manière telle que le déplacement a.yuiaire de la nasse dans le plan de par rapport à l':i.l'bl'e qui la PO.1\.. te, soit aCCOMà0agnÉ d'un dêpxacArnezat agu,irP dans le plan nommé en premip-r.
2- Méthode pour diminuer 1 xmpß,tucte des osc3J,a tior.s de t¯ $Ion d'un système tourl'1nt soumis à un couple de rota tion PUlsatoi.l'e C011s1:otallt à Utiliser i,1,j,i,tie ' d'Ulle masse montée de à agir comme un pendUle cp,zt2ifaGejdo:,zt le plan d'oscillation est incliné d'Un ;gxe aigu sur le plan de rotation, pour recelî0tz et restituer l'énergie mi- Satolre du système,.
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3.- Eans un système tourn@@t de transmission de puissance sou- mis à un couple puisatoire, des moyens pour réduire l'am- plitude des oscillations de torsion, suivant la méthode revendiquée sous 1 ou 2, lesdits moyens comprenant un ar- bre, une ou plusieurs masses décalées par rapport au dit arbre et des moyens de pivotement reliant lesdites masses au dit arbre de manière tlle que le déplacement des mas- ses par rapport à l'arbre, dans le plan de rotation, soit accompagne d'un déplacement relatif dans le pian content l'axe de rotation.
4.- ?Soda de réalisation d'un système tournant suivant la re-
Vendication 3, caractérisé en ce que les moyens reliant chacune des masses à l'arbre comprennent un organe de li- aison relié à l'arbre par un pivot dont l'axe coupe l'axe de l'arbre à angle droit, l'organe de -liaison étant relié a la masse par un pivot dont l'axe est décalé par rapport a l'axe de pivotement mentionné en premières protections desdits axes de pivotement sur un plan à angle droit avec la perpendiculaire commune sur lesdits axes de pivotement faisant entr'elles un angle aigu et la quantité dont est décalée la masse de l'axe de l'arbre étant grande compa- rée au décalage existant entre les axes de pivotement,
c' est-a-dire à la longueur de l'organe de liaison.
5.- système tournant suivant la revendication 4, caractérisé en ce que deux masses sont prévues qui sont situées en fa- ce l'une de l'autre et articulées aux extrémités d'un or- gane de liaison commun pivoté à l'arbre en son centre.
6. - système tournant suivant 1@ revendication 4, caractérisé en ce que deux masses Soit prévues qui sont situées enfa- ce rune de l'être et articulées a des organes de liaison distincts, ces organes étant articulés à l'arbre sur un pivot commun,
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7.- Système tournant suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les axes des pivots reliant les masses aux or- ganes de liaison sont Inclinés dans des sens opposes par rapport au sens de rotation,, c'est-à-dire de manière tel- le que leurs projections sur un plan contenant l'axe de rotation et perpendiculaire à l'axe du pivot reliant les organes de liaison à l'arbre, coïncident quand les orga- nes de liaison, diriges dans des sens contraires,
sont perpendiculaires à l'arbre, 8.- Système tournant suivant la revendication 6 ou 7, carac- térisé en ce que le pivot commun reliant les organes de liaison à l'arbre comprend une pièce pouvant tourner sur une partie portée par l'arbre et sur laquelle sont montés les deux organes de liaison, l'un desdits organes de li- aison au moins, pouvant tourner sur ladite pièce..
9.- COUPlage par arbre suivant les revendications 3 à 8, dans lequel la ou les masses décalées et articulées à l'arbre sont reliées à un second arbre de même axe que le premier le OU les bras portant ou constituant la ou les masses étant engagés, en un point décalé par rapport à. l'axe, dans un croisillon ou un organe analogue, monté sur le second arbre, la connexion entre les bras et le croisillon étant telle qu'un mouvement relatif peut seulement avoir lieu dans une direction parallèle à l'axe.
10- Couplage par arbre suivant la revendication 9, dans lequel l'engagement du ou des bras constituant ou portant la ou les masses dans le croisillon, . lieu à l'endroit du cen- tre d'inertie par rapport au pivot reliât le bras à l'or- gane de liaison,, ou dans le voisinage de ce centre.
11-Hélice suivant n'importe inquelle des revendications 3 à 6 dans laquelle les masses décalées sont constituées ,par les pales de l'hélice elles-mômes..
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1?- Moyens Pour 1m1nue l'amp11tuae des oscillations de tor- sion d'un système tourrailt soumis à un couple de rotation Plaloatoiree CO:ltults et actlo14és en substance comme dé- crit en se reportarlt aux dessins cl-jolnts.
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B R E V E T INVENTION TORSION VIBRATION DAMPER
The present invention relates to a method and to means for making the amplitude of torsional vibrations as small as possible for use in a rotating system in which a pulsating torque is transmitted between rotating masses. around the same axis, and having to meet the conditions imposed by current practice, such as, for example, in the case of a propeller driven by a reciprocating motor) or in the case of a reciprocating pump driven by an electric motor, that is to say more generally in the case of a system comprising a driving rotating member and a driven rotating member. one of these organs being subjected to a pulsating torque.
In a system subjected to forced vibrations, the parameter on which depends the amplitude of the forced vibrations, m is the ratio -, m being the frequency of the forced vibrations p and 2 the natural frequency of the system * When this ratio is small compared to unity, the amplitude of the forced vibrations is practically equal to the static deviation obtained in ne-
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slipping acceleration or inertia of the system. As m the ratio- approaches unity, the amplitude increases p m m. There is resonance when - = 1. When - is very p p large, the amplitude of the forced vibrations is very small.
If the forced vibration is not simply harmonic, there can be resonance with a harmonic of the fundamental forced frequency m when - is an integer. m
In order to reduce the frequency of natural vibrations and thus increase the ratio - to give it p a value sufficient to considerably reduce the amplitude of the forced vibrations, flexible couplings are sometimes used to transmit the rotation. containing springs or other flexible mechanical means *
Now, any device containing springs necessarily exhibits one or more critical rating speeds, because the natural frequency of the system is determined by the characteristics of the spring or springs, which are independent of the speed of rotation. .
The object of the present invention is to provide a method for reducing the natural frequency of a rotating system of the kind indicated, which does not exhibit critical speeds, by using the inertia of one or more masses mounted in the system. with a certain degree of freedom, the centrifugal force developed by the masses playing the role of the flexibility of a spring connection *
According to the present invention, the method for reducing the amplitude of the torsional oscillations of a rotating system.
subjected to a pulsating torque, consists in using the angular displacement of a msse in a plane containing the axis of rotation of the system, by partially constraining said mass, which is offset with respect to the axis of rotation , such that the angular displacement of said mass in the plane of rotation, relative to the shaft which supports it, is accompanied by an angular displacement in the yaw named first,
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More Partlcullàrejnente the method consists in using 1 # lnertle of a mass, mounted so as to aglr Like a hanged ('have the plane of oscillation is inclined of
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An angle algu on the plane of rotation, said mass before
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cevo1r and restore PUlsato1re4Qu sijtème energy.
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In a running engine system, the means to reduce
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the am4hitUde of torslon oscillations, according to Method 01 above comprise a shaft, One or more masses offset, with respect to the (shaft bed and means of bending connecting said masses to said shaft in such a way-
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that the displacement of the masses in relation to the shaft, went
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the plane of rotation is accompanied by a displacement relative to the plane containing the axis of rotation.
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The means connecting each of the masses to the shaft include
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pre-ference an organ of Zlalson connected to the shaft by
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a pivot whose axis intersects the axis of the shaft at right angles, the-
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said connecting member being Z0116 to ground by a Plvotdant
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the axis is offset by -report to the axis of the pivot $ named First, the Projections of the said pivot axes on a plane at right angles to the common perpendicular on the said axes
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of the pivot making them an acute angle and the offset of the
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mass relative to the axis of the shaft being large Compared to the
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offset between the pivot axes) that is to say the length
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of the connecting member, length
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For reasons of balance,
It is best to pre-
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see at least two masses facing each other, these masses being able to be articulated at the ends of an organ these masses
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colmwali Pivoté On the al'bre in its center, or the masses dl placed in front of each other can be art :( CUl ées s des ol? gaues liaison aïstIlIcts, artICUldes of the connecting organs dlstlncts, articulated to the Olre on a common pivot. al'tlculés Ilaibze on The rotated rotating mass or masses can. = roir a 1- nert: the sufficient rotation so that their oscl11atlons an- "lll e8 in the plane of rotation are small s compared to
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angular torsional oscillations of the rotor or of the shaft on which is or are mounted .es articulated traps;
in the case where the said mass or masses do not themselves have sufficient rotational inertia for their angular oscillations in the plane of rotation to be small compared to the angular oscillations of torsion of the rotor or of the shaft, we can suitably constrain said mass or masses in the direction of torsion, with respect to a rotating member having sufficient rotational inertia, so that the articulated masses are driven at a relatively constant angular speed, said rotating member not being otherwise connected to the rotor or to the shaft carrying said mass or masses,
Said pivoted rotating masses must have a moment of inertia such and the connecting member, if such a member is provided,
should be of such length that the natural frequency of the system is relatively low. It is a characteristic of the method and means of the present invention that when, at the normal or maximum rotational speed of the system, the frequency of natural vibrations does not correspond with the fundamental frequency or with a important harmonic of the forced vibration, the system has no critical speed,
The reason for the total absence of resonance over the whole range of rotational speeds is that the flexibility is obtained, not by flexible mechanical means having a fixed natural frequency, as in some known forms flexible couplings,
but by an oscillating system in which the restoring forces vary with the speed of rotation. The report - is, therefore.- independent of the speed of rotation,. The provision of one or more connecting members connecting the articulated masses to the shaft, said connecting members having to rock hard a plane containing the axis of rotation and the mass or masses, has a great advantage in that the interposi-
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no such organs results in the oscillation of the articulated mass taking place substantially around the center of inertia with respect to the pivot connecting the mass to the connecting member, that is to say around the point at which the resulting centrifugal force is applied.
Oela has the effect of eliminating bending moments in the shaft, as opposed to a system in which the oscillating mass is articulated directly on the shaft.
By applying the present invention to a coupling by shaft, the offset mass or masses articulated to the shaft are connected to a second shaft having the same axis as the first, the arm or arms carrying or constituting said masses being engaged in a point offset from the axis in a spider or the like mounted on the second shaft, the connection between the arm and the spider being such that relative movement can take place only in a direction parallel to axis.
On the other hand, in the application of the invention to a propeller, the offset masses are formed by the blades of the propeller themselves. In this case, the member of the system, subjected to a resisting torque that is substantially constant, consists of all the blades and the member subjected to the pulsating torque is the driving shaft of the propeller. ,
The accompanying drawings show the application of the invention to a coupling by a shaft (pin * 1 to 5) and to a propeller (pin * 6 and 7).
In these drawings:
Figure 1 shows in side elevation a shaft coupling, according to the invention.
Figures 2 and 3 show in section details of Figure 1, the sections being made respectively along lines 2 - 2 and 3 - 3 of Figure 1.
Figure 4 shows in side elevation a modification of the shaft coupling $ according to Figure 1.
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Figure 5 is a detail view, partially in section, taken along the line 6 - 5 of Figure 4.
FIG. 6 shows in side elevation a propeller constructed according to the invention,
FIG. 7 is a view similar to FIG. 6, of a modification of the propeller according to FIG. 6.
Figure 8 is a diagram seen in the direction of the axis of rotation and showing the mode of vibration of the systems shown in Figures 1 to 7.
Figures 1 to 3 show a device for coupling two shafts 10 and 18 of the same axis, the first of these shafts, 10, being subjected to a pulsating torque, while the second, 19, is subjected to a substantially constant torque. It does not matter which of these two amber is the driving shaft and which is the driven shaft. In the case of a motor with reciprocating members, for example driving an electric machine, it is the motor shaft which is subjected to the pulsating torque, this shaft being represented by shaft 10 in FIG. 1, while the shaft of the electric machine is subjected to a substantially constant resistive torque and will be represented by the shaft 19 in figure 1.
On the other hand, in the case of an electric motor driving a reciprocating pump, the position will be reversed, the shaft 18 being the motor shaft and the shaft 10 being the pump shaft.
At the end of the shaft 10 is disposed a pivot 11, the axis of which intersects the axis of the shaft 10 at a right angle. This pivot carries a short connecting member, or balance member 13 at the ends of which are pivoted, at 13, a pair of arms 14 carrying masses 15 at their ends. The arms 14 pass through slots 17 located at the ends of a pair of arms 18 constituting a spider mounted on the other shaft, the slots 17 being parallel to the axis of the shafts. The arms 14 are thus free to perform a limited movement in the direction of the axis, relative to the shaft 19, but the points
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where they pass through) the slots 17 are not free to move relative to the shaft 19 in the plane of rotation.
The axes of the pivot 13 on which the arms 14 are mounted are oriented such that an angular displacement of the arm.
14 on its pivot 13 is accompanied by an angular displacement in the plane of rotation and an angular movement in the plane containing the axial line of the connecting member 12 and the axis of rotation, that is i.e. the plane perpendicular to the axis of the pivot 11.
The inclination of the pivot 13 is shown in figure 2, in which the dashed lines 10 - 10 and II - 11 represent the projections, in the plane of the section, of the axis of the shaft. 10, that is to say of the axis of rotation, and of the axis of the pivot Il $ when the connecting member 12 and the arm 14 are perpendicular to the shaft
10, that is to say when the arms 14 and the connecting member 12 are aligned with each other and perpendicular to the shaft, and not in the position displaced at a certain angle , as shown in Figure 1.
The modification shown in Figures 4 and 5 differs from the arrangement of Figures 1 to 3 in that the single link member 12 has been replaced by a pair of such members, 12,12x, mounted on a common pivot 20 which replaces the pivot 11 in Figure 1.
In this provision. the inclinations of the axes 13 of the Pivots .. referred to the direction of rotation, are opposite, that is to say that their projections on the plane passing through the axis of the shaft 10 perpendicular to the plan of the figure, coincide, when the connecting members 12, 12x are directed (in opposite directions) perpendicular to the shaft 10, while in the arrangement of Figures 1 to 3 the axes of the pivots 13 are inclined in the same direction with respect to the direction of rotation, so that when they are projected in the above manner, their projections intersect at a certain angle, symmetrically with respect to the axis of the shaft 10.
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In order to reduce as much as possible the application of frictional forces on the shaft 10, such forces constituting a serious reason for irregular running, the pivot
20 is preferably constructed as shown with
More detail in figure 5. The axis of the pivot 20 is mounted between the jaws of the forked end of the shaft 10 and carries, by means of a needle bearing 21, a sleeve.
22 on which are mounted so as to be able to turn. by means of 23,24 needle bearings, the inner hubs of the 12,12x connecting members.
It can be seen from FIG. 5 that the connecting member 12x has a single central hub carried on a needle bearing 24, and that the connecting member 12 has a forked hub carried on needle bearings 23, the jaws of the hub 12 and the bearings 23 surrounding the hub 12x and the bearing 24. Thanks to this hub, the outer bearings 23, 24, are alone subjected to the centrifugal load, the opposing centrifugal forces of the arms 14 are neutralizing threads in the floating sleeve 22, and the inner bearing 21 is only subjected to asymmetric loads due to the oscillations of the connecting members 12, 12x and to the torque transmitted by the shaft 10.
For this reason the frictional load on the inner bearing 20, 21, 22 is relatively light because the centering loads are generally much higher than the other loads. As a variant, one or more of the needle bearings 23, 24 can be omitted, one of the links 12 or 12x then being fixed on the sleeve 22 and the other being rotatable on said sleeve.
It is obvious that in the arrangement of FIG. 1, having a single connecting or balancing member 12, it is not necessary to provide a floating sleeve in the bearing II), this bearing not being subjected to a centra ge load, the opposing centrifugal forces of the arms 14 neutralizing each other in the member 12.
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Figures 6 and 7 show the application of the invention to a propeller. In the case of a propeller driven by a reciprocating motor, the drive shaft is subjected to a pul- sory torque and it is desirable to reduce as much as possible the torsional oscillations of the driven masses) namely the blades of the 'propeller.
In the application of the present invention to this case, the masses, articulated in such a way that their angular displacement in the plane of rotation is accompanied by an angular displacement in a perpendicular plane, are formed by blades of the propeller themselves. Thus in FIG. 6, which represents an arrangement corresponding to that of FIG. 1, the shaft 10 is the driving shaft of the propeller, the arrangement concerning the balance member 12 and the pivots II and 13 being exactly the same as for figure 1, In this case, however, the arms 14,15 carrying the masses in the case of figure 1, are replaced by the blades 14x of the propeller, themselves.
In figure 7, the shaft 10, the bearing of the compound pivot 20, the links 12,12x and the pivots 13 are exactly as in figure 4, the propeller blades 14x taking the place. arms 14.15 above *
FIG. 8 represents the mode of oscillation of the devices described above. The axis of the shaft is represented at 0 and the connecting member 12 of Figures 1 and 6 and the corresponding connecting members 12,12x of Figures 4 and 7 are represented by the line A1 OA2 in a position and by the dotted line A'1 OA'2 in the displaced position. The arms 14 or the blades 14x of the propeller are represented by the lines A1B1 and A2B2, and in the displaced position by A'1B1 and by A'2B'2.
The result of applying an oscillating torque to shaft 10 is that the end of shaft 10, carrying with it the link (s) 12, 12x, oscillates at an angle represented by A1 OA'1, while the, A1B1 arm oscillates (, pu ,,,% angle
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AIOIA / l; 1a.s the p1 n of rotation.
Due to the link between the inclination of the pivot 12 in AI the arm also performs a #cillation in a plane parallel to that of the figure. the points oicz repl "é ::! t3l1tan.t the nodes of the oscillation in the plane of: rotation of the arms AlBl and A2B2 are located substantially at the centers QI inertia of the arms with respect to the pivots AI and A2 and and is FOR This reason that the legs 17 of the cross member 18 must be the couplings shown in Figures 1 to to, be arranged at the same radial distance as the centers of inertia of the loaded arms 14,15 around of their pivots 13.
In the case of a Coupling by shaft, the amplitude of the oscillation I twist at a spider le and of the shaft 1aa although being infz = ie, re has that of the shaft 10, that is, A1 0A'inést Ct; 1pend :::: lt not new and the node appears. in this case, near the center dtlre2tie of the arm 14,15 and can, as a result. do not
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fall exactly at the location of the slot 17 in the figures
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i to 5.
We can mO: .1ire that the natural frequency p of the system of figure 8 is given by: P32 = f2 --- ex Oil -f et.2 or respectively the lengths of 001 and of Og 1 ,, le le moment of inertia of the loaded rod AZBl around (the sound center of i: 2ertie Cie and the ceiltrifUge force applied in 01, provided that the: 1.0 - .. 611eu1 'e is small compared to f.
In ul. coupling by tree as represented in the rules 1 il 5> the frequency: this natural one is moJiti.ée by the inertia of the spider 18 and by the other bristles carried by the second tree there, the total effect state equivalent to an increase in tiO: 1 J.ar, .s 1: .. value of 1.
The Centrituge force F is proportional to the square of the speed of rotation and the actual frequency of the system is found to be proportional to the speed of rotation so that if it is not proaulted from the sOll.r.:. Ance at a given speed. It 2! e Can occur at no other speed and that there is, therefore no critical speed * le5 - 10 -
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In arrangements comprising only a single connecting member 123 1> oscillation of the arms 14y14X in the plane containing '#shaft 10 takes place as shown in Figures 1 and 8 the swinging arms in the manner of a balangoll'i? "Ctest -at
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say in opposite serves with respect to the axial direction
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of the tree 10, In the arrangements comprising the orgasmic heavens of the link, 212x the oscillation takes place in the manner of scissors;
the oscillating arms in the same 5e.ras with respect to the axial direction, known as the figures 4 and '7.
This is due to the difference existing in J. orà, ertation relative to the pivots 13 one PGJ:> relative to the other; between the structures of Figures 1 and e on the one hand and Figures 4 and?
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on the other hand,
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1UcvENDIOA1'IONS 1: 1 ': a.mSt1JlJ1J ----------------------- 1.- Method to decrease the amplitude of the osciiyations of tcr- sion d 'a rotating system subjected to a blow ,, - dA puJ.satoire rotation the method consisting in using the c;. Angular position d / 1,: me mass. in a Dinri contell: 1t the axis of a? otatlone to receive and POUJ:>! \ =! Stitue.1 '1A nPrgie p¯ t 1 "of the System;
An co '; tJ:> aignant, pfi :(' tie: f..emejlt la.C.:/, te mass which is shifted with respect to, 11.1xe of J:> otat10n "in such a way that the displacement a. yuiaire of the trap in the plane of with respect to the: i.l'bl'e which the PO.1 \ .. te, either aCCOMà0agnÉ of a depxacArnezat agu, irP in the plane named in premip-r.
2- Method to decrease 1 xmpß, tucte of osc3J, a tior.s of t¯ $ Ion of a rotating system subjected to a torque of rotation PUlsatoi.l'e C011s1: otallt to Use i, 1, j , i, tie 'd'Ulle mass mounted from to act as a pendUle cp, zt2ifaGejdo:, zt the plane of oscillation is inclined by Un; acute gxe on the plane of rotation, to recelî0tz and restore the mid-energy System satoler ,.
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3.- In a rotational power transmission system subjected to a pulsating torque, means for reducing the amplitude of the torsional oscillations, according to the method claimed under 1 or 2, said means comprising an ar - bre, one or more masses offset with respect to said shaft and pivoting means connecting said masses to said shaft so that the displacement of the masses relative to the shaft, in the plane of rotation, is accompanied by 'a relative displacement in the pian content the axis of rotation.
4.-? Soda for achieving a rotating system according to the re-
Vendication 3, characterized in that the means connecting each of the masses to the shaft comprise a connecting member connected to the shaft by a pivot whose axis intersects the axis of the shaft at right angles, the -liaison member being connected to the mass by a pivot whose axis is offset with respect to the pivot axis mentioned in the first protections of said pivot axes on a plane at right angles to the common perpendicular on said pivot axes forming between them an acute angle and the amount by which the mass of the shaft axis is shifted compared to the shift existing between the pivot axes,
that is to say, the length of the connecting member.
5.- rotating system according to claim 4, characterized in that two masses are provided which are located in front of one another and articulated at the ends of a common connecting member pivoted to the shaft. at its center.
6. - rotating system according to 1 @ claim 4, characterized in that two masses Either provided which are located infa- rune of the being and articulated to separate connecting members, these members being articulated to the shaft on a pivot common,
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7. A rotating system according to claim 6, characterized in that the axes of the pivots connecting the masses to the connecting members are inclined in opposite directions with respect to the direction of rotation, that is to say so such that their projections on a plane containing the axis of rotation and perpendicular to the axis of the pivot connecting the connecting members to the shaft, coincide when the connecting members, directed in opposite directions,
are perpendicular to the shaft, 8. A rotating system according to claim 6 or 7, characterized in that the common pivot connecting the connecting members to the shaft comprises a part which can rotate on a part carried by the shaft. and on which are mounted the two connecting members, at least one of said connecting members being able to rotate on said part.
9.- Coupling by shaft according to claims 3 to 8, wherein the mass or masses offset and articulated to the shaft are connected to a second shaft of the same axis as the first the OR the arms carrying or constituting the mass or masses being engaged, at a point offset from. the axis, in a spider or the like, mounted on the second shaft, the connection between the arms and the spider being such that relative movement can only take place in a direction parallel to the axis.
10. Shaft coupling according to claim 9, wherein the engagement of the arm or arms constituting or carrying the mass or masses in the spider,. take place at the location of the center of inertia with respect to the pivot connecting the arm to the connecting member, or in the vicinity of this center.
11-Propeller according to any question of claims 3 to 6 wherein the offset masses are formed by the blades of the propeller themselves ..
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1? - Means For 1m1nue the amp11tuae of the torsional oscillations of a tourrailt system subjected to a torque Plaloatoiree CO: ltults and actlo14és in substance as described in reference to the drawings cl-jolnts.