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Multiplicateur de vitesse à cônes de friction
La présente invention se réfère aux multiplicateurs de vitesse à cônes de friction, et plus spécialement à ceux dans lesquels l'arbre conduit tourne à une vitesse beaucoup plus élevée que celle des moteurs courants. Tel est par exemple le cas pour les broches de certains séparateurs centrifuges.
Des multiplicateurs de ce genre ont été réalisés de diverses manières, mais sans résultats réellement satisfaisants.
Suivant l'invention, deux cônes rigides sont en contact dans un bain d'huile, et le cône menant, susceptible de se déplacer suivant son axe, est poussé contre le cône mené, d'une part, en fonction du couple moteur, par un accouplement à réaction axiale qui le relie à l'arbre moteur, et, d'autre part, en fonction de sa vitesse propre, par une réaction axiale qu'il provoque de la part de l'huile du bain.
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Le surcroît de poussée résultant de la réaction de l'huile assure pendant la marche, l'adhérence des deux cônes. Il est obtenu sans réaction longitudinale sur l'arbre moteur.
Mais, la réaction de l'huile est insuffisante par ellemême pour maintenir l'adhérence entre les cônes. Il s'ensuit que, lorsqu'on interrompt la commande, et que l'accouplement à réaction axiale cesse par suite d'exercer sa part de poussée, l'adhérence cesse d'être suffisante, et le grand cône s'arrête, ainsi que l'arbre moteur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, appliquée à la commande du rotor d'une centrifugeuse.
La fig. 1 est une coupe verticale par l'axe.
La fig. 2 montre un détail, en perspective, à une plus grande échelle.
La fig. 3 montre de même un autre détail.
Les fig. 4 et 5 sont deux vues schématiques, se rattachant à la précédente.
Dans l'exemple choisi, la broche 1 de la centrifugeuse doit tourner à 12.000 t/m, sous la commande de l'arbre horizontal 14, qui peut atteindre une vitesse de 2. 800 t/m. La broche 1 est montée élastiquement, dans le sens vertical et dans le sens horizontal, à la manière connue. La broche 2, portant le petit cône mené 3, tourne dans un roulement à aiguilles 4 et repose sur une butée à billes 5'. Elle est accouplée à la broche 1 par l'intermédiaire d'un ressort 6,, qui permet de désolidariser la broche 2 des vibrations de la broche 1.
Le cône 3 est destiné à être entraîné par une surface conique que présente sur le pourtour d'une de ses faces un plateau 7. Tel que représenté, ce plateau est en une seule pièce avec son arbre 8. Celui-ci tourne dans des roulements à aiguilles ou à rouleaux 9. L'ensemble: arbre 8 et plateau 7 peut donc se déplacer axialement. Sur la face opposée à celle qui porte la surface
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conique d'entraînement, le plateau 7 présente une série de surfaces inclinées 7', réparties autour de l'arbre 8 (fig.2). Ces surfaces peuvent être obtenues par exemple par fraisage.
Le cône 3 et le plateau 7 viennent en contact dans un bain d'huile que renferme un carter. Quand le plateau 7 tourne, ses surfaces inclinées 7' provoquent, de la part de l'huile du bain, une réaction axiale, fonction de la vitesse du dit plateau, et qui est dirigée vers le cône 3.
Ltarbre 8 du plateau 7 est relié à l'arbre d'attaque 14 par l'intermédiaire d'un accouplement à réaction axiale. Celui-ci comprend une cage 11', portée par une queue centrale 11 s'engageant dans un alésage axial de l'arbre 8. La cage 11' est liée à l'arbre 8, en ce qui concerne la rotation, par une goupille 12.
L'arbre 14 est monté dans des roulements à billes 15-, à gorge profonde, capables de supporter une certaine poussée axiale.
Le tout est monté dans le flasque 16. Ce dernier est centré et fixé sur le bâti, avec interposition de cales 17, dont l'épaisseur est choisie au montage.
Sur l'extrémité interne de l'arbre 14 est vissée une douille-écrou à collerette 18. Cette douille-écrou est bloquée sur l'arbre 14 par une contre-vis 19. Elle sert à la fois à maintenir en place les roulements à billes 15 et à supporter une pièce annulaire 13. Une pièce identique 130 est fixée au fond de la cage 11'
Comme le montre la fig.3, les pièces 13 et 130 présentent, sur,leur face libre, une série de rampes hélicoïdales 131.
Des billes 20, en nombre égal à celui des rampes hélicoïdales de chacune des pièces 13 et 130, sont interposées entre ces pièces.
Elles sont maintenues par la cage 11' autour de la douille- écrou 18.
A 1 arrêt, les deux pièces 13 et 130 sont rapprochées au maximum, '.'et les billes 20 sont à la naissance des rampes héli- coïdales (fig. 4). Quand on met en route (fig.5), la pièce 13 se déplace d'abord angulairement par rapport à la pièce 130, les billes roulent vers le haut des rampes, elles exercent sur la piè-
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ce 130 un effort axial qui se traduit par une poussée du plateau 7 contre le cône 3. Cette poussée croit avec le couple résistant.
Par l'effet des surfaces 7', la rotation du plateau 7 provoque, de la part de l'huile, une réaction axiale qui se traduit par un surcroît de poussée du plateau 7 contre le cône 3. Ce surcroît de poussée est fonction de la vitesse du plateau 7. Il est obtenu indépendamment de l'arbre d'attaque 14, qui n'a donc à supporter aucune réaction supplémentaire, de ce chef.
Quand on interrompt la commande de la machine, la poussée axiale résultant du couple moteur cesse de s'exercer. La poussée due à la réaction de l'huile sur le plateau 7 est insuffisante pour assurer l'adhérence entre le cône 5 et le plateau 7. Il s'ensuit que celui-ci s'arrête, ainsi que l'arbre 14.
Le roulement supérieur 21 de la broché 1 est graissé par l'huile projetée par le plateau 7. Une collerette 22 empêche l'huile d'aller au-delà. Le niveau du bain d'huile dans lequel le cône 3 et le plateau 7 viennent en contact est maintenu vers la hauteur maximum compatible avec l'absence de fuites autour de l'arbre 14.
Une jauge 23 permet de surveiller ce niveau.
L'arbre 14 pourrait être celui d'un moteur électrique dont la carcasse serait accolée directement au carter de la machine.
D'ailleurs, l'invention n'est nullement limitée à ce qui est décrit et représenté, mais peut donner lieu à des variantes.
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Friction cone speed multiplier
The present invention relates to speed multipliers with friction cones, and more especially to those in which the driven shaft rotates at a much higher speed than that of current motors. This is the case, for example, for the spindles of certain centrifugal separators.
Multipliers of this kind have been achieved in various ways, but without really satisfactory results.
According to the invention, two rigid cones are in contact in an oil bath, and the driving cone, capable of moving along its axis, is pushed against the driven cone, on the one hand, depending on the engine torque, by an axial reaction coupling which connects it to the motor shaft, and, on the other hand, according to its own speed, by an axial reaction which it causes on the part of the bath oil.
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The additional thrust resulting from the reaction of the oil ensures the adhesion of the two cones during operation. It is obtained without longitudinal reaction on the motor shaft.
However, the reaction of the oil is insufficient by itself to maintain the adhesion between the cones. It follows that, when the control is interrupted, and the axial reaction coupling consequently ceases to exert its part of the thrust, the adhesion ceases to be sufficient, and the large cone stops, thus than the motor shaft.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention, applied to the control of the rotor of a centrifuge.
Fig. 1 is a vertical section through the axis.
Fig. 2 shows a detail, in perspective, on a larger scale.
Fig. 3 likewise shows another detail.
Figs. 4 and 5 are two schematic views, relating to the previous one.
In the example chosen, the spindle 1 of the centrifuge must rotate at 12,000 rpm, under the control of the horizontal shaft 14, which can reach a speed of 2,800 rpm. The spindle 1 is elastically mounted, in the vertical direction and in the horizontal direction, in the known manner. The spindle 2, carrying the small driven cone 3, rotates in a needle bearing 4 and rests on a thrust ball 5 '. It is coupled to the pin 1 by means of a spring 6 ,, which makes it possible to separate the pin 2 from the vibrations of the pin 1.
The cone 3 is intended to be driven by a conical surface which has a plate 7. As shown on the periphery of one of its faces, this plate is in one piece with its shaft 8. The latter rotates in bearings. needle or roller 9. The assembly: shaft 8 and plate 7 can therefore move axially. On the face opposite to that which bears the surface
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conical drive, the plate 7 has a series of inclined surfaces 7 ', distributed around the shaft 8 (fig.2). These surfaces can be obtained for example by milling.
The cone 3 and the plate 7 come into contact in an oil bath contained in a housing. When the plate 7 rotates, its inclined surfaces 7 'cause, on the part of the bath oil, an axial reaction, depending on the speed of said plate, and which is directed towards the cone 3.
Ltarbre 8 of plate 7 is connected to the drive shaft 14 by means of an axial reaction coupling. This comprises a cage 11 ', carried by a central shank 11 engaging in an axial bore of the shaft 8. The cage 11' is linked to the shaft 8, as regards rotation, by a pin 12.
The shaft 14 is mounted in ball bearings 15-, deep groove, capable of supporting a certain axial thrust.
The whole is mounted in the flange 16. The latter is centered and fixed on the frame, with the interposition of shims 17, the thickness of which is chosen during assembly.
On the inner end of the shaft 14 is screwed a flanged nut sleeve 18. This nut sleeve is locked on the shaft 14 by a counter screw 19. It serves both to hold the bearings in place. balls 15 and to support an annular part 13. An identical part 130 is fixed to the bottom of the cage 11 '
As shown in fig. 3, parts 13 and 130 have, on their free face, a series of helical ramps 131.
Balls 20, equal in number to that of the helical ramps of each of the parts 13 and 130, are interposed between these parts.
They are held by the cage 11 'around the sleeve-nut 18.
At 1 stop, the two parts 13 and 130 are brought together as much as possible, '.' And the balls 20 are at the start of the helical ramps (FIG. 4). When you start up (fig. 5), part 13 first moves angularly with respect to part 130, the balls roll up the ramps, they exert on the part.
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this 130 an axial force which results in a thrust of the plate 7 against the cone 3. This thrust increases with the resistive torque.
By the effect of the surfaces 7 ', the rotation of the plate 7 causes, on the part of the oil, an axial reaction which results in an additional thrust of the plate 7 against the cone 3. This additional thrust is a function of the speed of the plate 7. It is obtained independently of the drive shaft 14, which therefore does not have to withstand any additional reaction on this account.
When the machine control is interrupted, the axial thrust resulting from the engine torque ceases to be exerted. The thrust due to the reaction of the oil on the plate 7 is insufficient to ensure the adhesion between the cone 5 and the plate 7. It follows that the latter stops, as well as the shaft 14.
The upper bearing 21 of the spindle 1 is greased by the oil projected by the plate 7. A collar 22 prevents the oil from going beyond. The level of the oil bath in which the cone 3 and the plate 7 come into contact is maintained towards the maximum height compatible with the absence of leaks around the shaft 14.
A gauge 23 is used to monitor this level.
The shaft 14 could be that of an electric motor, the carcass of which is attached directly to the casing of the machine.
Moreover, the invention is in no way limited to what is described and shown, but may give rise to variants.
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