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DISPOSITIF D'EQUILIBRAGE PAR CONTREPOIDS DE MECANISMES POR- TEURS EN FORME DE COMPAS.
De nombreux dispositifs ont été imaginés en vue d'assurer par contrepoids l'équilibre " indifférent " en toutes positions et inclinaisons à des mécanismes articulés porteurs d'objets di- vers : lampes, micro,miroir, régle à dessin, tablette, etc. Aucun toutefois des dispositifs de ce genre connus,n'a réalisé complè- tement et avec précision le problème en question.Tous doivent recourir à des freins ou frictions qui diminuent la mobilité, la souplesse et par suite la commodité du mécanisme porteur; quelques-uns même de ces dispositifs connus ne sont utilisables que sous certains angles.
Afin d'obtenir une solution totale, il ne suffit pas en effc: que le dispositif soit isostatique dans une ou plusieurs positi@. déterminées ; mais l'équilibre doit être exact et indifférent dans tous les points que peuvent occuper,dans la sphère d'utili- sation, non seulement l'objet porté par le mécanisme,mais aussi tous les organes porteurs et équilibreurs, transmetteurs ou ré- cepteurs, des commandes imprimées aux organes ou à l'objet qiu' ils portent,lors des déplacements de oelui-ci.
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Il y a ici plus qu'une simple bascule ou un levier droit du premier degré dont il suffit d'équilibrer horizontalement la puis- sance et la résistance.Le problème est aussi plus compliqué que celui d'équilibrer une bascule pouvant pivoter d'un tour complet, en équilibre indifférent, autour d'un axe en vue de l'utilisation d'un objet (lampe ou autre) qu'on y suspendrait, dans tous les de- grés d'un cercle de giration.
Il s'agit ici d'équilibrer tout un système matériel comportant plusieurs organes, qui dans leurs évolutions agissent chacun à le" manière avec des énergies potentielles particulières en donnant lieu à des forces qui doivent rester isodynamiques de part et d' autre du centre de pivotement autour duquel elles réagissent ré- ciproquement. Cet équilibre ne peut être obtenu qu'à condition que le couple de toutes les forces appliquées aux centres de gra- vité de puissance et de résistance reste égal et de sens contrai- re de part et d'autre de l'axe central de rotation.
Ainsi se trou vera assuré en tous les points,suivant une définition classique de l'équilibre, " l'état de repos sous l'action de forces qui se détruisent."
Pour réaliser cette condition,conformément à l'invention, il faut que dans toutes les positions de l'objet porté, le centre de gravité de ce dernier avec ses bras porteurs et transmetteurs des commandes,et le centre de gravité du contrepoids, avec ses branches de soutien et de réception,se trouvent toujours sur une même droite imaginaire passant par l'axe central autour duquel tout le mécanisme pivote, les forces appliquées à ces centres de gravité étant égales et de signe contraire, tandis que que les distances de ces derniers au centre de pivotement doivent toujourss concorder proportionnellement entre elles à l'échelle de réduction ou d'amplitude adoptée.
Pratiquement le ou les contrepoids doivent être conditionnés de manière à constituer une reproduction fidèle,mais renversée, à une échelle appropriée,des organes porteurs. C'est ainsi que si l'on utilise des organes porteurs ou transmetteurs non pas rectilignes,mais curvilignes, ou si les pivots de ces organes
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sont désaxésõn si les organes eux-mêmes sont décentrés,il est indispensable que ces variations de forme ou de disposition se trouvent reproduites d'une manière correspondante dans la forme @ la disposition donnée au contrepoids dans son ensemble.
L'invention prévoit également des moyens destinés à maintenir l'état d'équilibre indifférent du mécanisme porteur alors que 1' objet porté varie de poids ou est remplacé sur le mécanisme con- sidéré par un autre de masse différente. Il faut en effet que dans ce cas la partie correspondante du contrepoids soit alourdie ou allégée sans que la position de son centre de gravité soit mo- difiée, en d'autres mots il est indispensable que les centres de gravité de l'objet à équilibrer et du dispositif qui l'équilibre passent toujours par la droite imaginaire définie précédemment.
Enfin lorsque l'objet porté: lampe,miroir,etc. doit pouvoir osciller lui-même dans son support, ou prendre des inclinaisons variées, des moyens sont prévus pour maintenir le centre de gravi- té de l'objet, - par exemple d'une lampe avec son socket et son abat-jour, - sur l'axe,de la fourche par exemple, autour duquel l'ensemble doit pivoter.
Si toutes ces conditions se trouvent éalisées, l'étrier ou l'organe équivalent, qui supporte tout le mécanisme, gardera par- faitement la direction verticale sans être sollicité plutôt d'un côté que de l'autre, et l'étrier lui-même pourra pivoter autour de son axe vertical sans subir de frottement latéral.
On peut réaliser de nombreux dispositifs équilibreurs rentrant dans le cadre de l'invention ainsi définie. On peut donc utiliser comme organes de transmission des déplacements imprimés aux com- pas réels ou fictifs formant le dispositif d'équilibrage, des pa- rallélogrammes articulés, ou des cables, chaînes,bandes sans fin entrainant des poulies, des roues dentées,etc.
Les dessins annexés à ce mémoire montrent ainsi,à titre exempl tif, en Fig.I à 5, divers schémas de réalisation, tandis que Fig. 6 et 7 représentent deux formes dtexécution de lampes équilibrées conformes à l'invention. Fig.8 et 9 se rapportent à des moyens de centrage de l'objet porté et de réglage de contrepoids.
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Le dispositif représenté en Fig.I comporte deux compas ABM et AEP pivotant en sens inverse autour de l'axe central A,la lon- gueur et le poids de l'un des compas étant compensé par la longueur et le poids de l'autre,de manière à réaliser l'équation générale d' équilibre : L x p = 1 x P
En vue de transmettre au système équilibreur les déplacement- imprimés aux objets portés,on utilise des parallèlogrammes articu- lés ABOD et AEFG emboités respectivement aux branches des compas et formant leur prolongement. Pour assurer l'équilibre du système, on charge les côtés du parallélogramme AEFG dans la mesure néces- saire pour réaliser l'équation d'équilibre des organes,tandis qu'à l'extrémité du bras PG on dispose le contrepoids P, équilibrant la masse M fixée à l'extrêmité du bras PM.
Il est évident que si ,comme il vient d'être dit, les bran- ches des compas et les côtés des parallélogrammes articulés oppo- sés satisfont à l'équation d'équilibre : L x p = 1 x P; si la droi te Li réunissant le centre de gravité de la masse à celui du con trepoids P passe toujours, (c'est à dire pour toutes les inclinai- sons et amplitudes qu'il est possible et souhaitable$ de donner aux compas et aux parallélogrammes),par le centre de rotation com- mun A, et si les distances de ces centres de gravité au centre de rotation restent toujours proportionnellement équivalentes,à la même échelle, le mécanisme ainsi construit ,avec l'objet qu'il supporte, se trouvera en équilibre " indifférent" dans toutes les positions que l'objet envisagé peut occuper.
Comme le montre la Fig.I bis, on peut remplacer les six cont poids prévus en Fig.I par un contrepoids unique de forme appar@@@@ compliquée.
Dans le schéma de Fig.2, on re trouve les deux parallélogram- mes articulés ABOD et ADEF, mais les deux compas MNR et RHP ont chacun une branche fictive,imaginaire, NR et RH, R étant le cen- tre de pivotement commun. La masse M est compensée par le contre- poids P. Pour que le mécanisme soit en équilibre,comme celui de Fig.I, il suffit que les cotés des parallélogrammes ABOD et ADEF
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ainsi que les branches réelles MN et HP des compas répondent à 1' équation d'équilibre :
L x p = 1 x P. et que la droite Li réunis- sant les centres de gravité de la masse M et du contrepoids P pas- se constamment par le centre de pivotement R,et enfin que ces cen- tres de gravité soient toujours, aux échelles adoptées, à une dis- tance réactive du centre R proportionneletrlent équivalente.
Comme dans le cas de Fig.I,on peut également concevoir un contrepoids unique de forme apparemment compliquée (Fig.2bis) pi- votant en F et en E et qui sur la longueur FE compense le poids des côtés AB,BC et CD, décompte faite de la partie déjà compensée par les côtés AF et DE, tandis que ce contrepoids compense,sur la longueur HP, le poids de N à M,et finalement compense en P le poids de la masse M en tenant compte,dans chaque tronçon de cette forme de contrepoids,des différents centres de gravité de chaque élément du mécanisme,lesquels se déplacent chacun à leur manière.
La Fig.3 représente une variante du schéma de Fig.2. On y re- trouve les compas MNR et RHP,les branches NR et RH étant cette fois réelles. Les côtés B R' et OR'' peuvent être constitués par des cables ou des fils de faible section, fils tendeurs ou similai res. Les côtés R' A et R" D,ainsi que les branches du compas RHP peuvent être chargées séparément de manière à répondre,comme dans les schémas précédents,aux conditions d'équilibre. On pour- rait n'utiliser ici que deux contrepoids RH et AP (Fig.3bis) cu même réaliser un contrepoids unique de forme plus ou moins compli- quée satisfaisant aux conditions exposées pour le cas de Fig.2bis.
Dans le schéma de Fig.4,les cotés des parallélogrammes sont remplacés par des câbles,chaînes ou bandes sans fin passant sur des poulies ou des pignons b,bt portés par les pivots respectifs B et C des compas MB,A et ACP. Comme le montre schématiquement le dessin, an a concentré entre A et C le contrepoids qui compen- se la masse de la branche AB et de la partie des organes de franc mission (cable,bande ou courroie), qui partant de A' entoure la poulie b et aboutit en A'', déduction faite de la partie qui re- lie A' à A'' en contournant la poulie b'. Dans ce cas encore,on peut prévoir un contrepoids unique de profil et dimensions appro-
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priés ,ramené autour du centre de la poulie b'.( Fig.4bis). Ce contrepoids compensera,conformément à.
l'invention,non seulement l'objet M, mais également toutes les articulations et les orga- nes mobiles du mécanisme porteur dans toutes les positions ima- ginables.
Le schéma de Fig.5 ne diffère du schéma de Fig.4 qu'en ce que la branche BM supportant l'objet M n'est pas rectiligne, mais courbe. L'équilibrage s'effectue comme précédémment ,seule- ment il faut que les deux contrepoids (Fig.5) ou le contrepoids unique (Fig.5bis),dans son bras de liaison C,ait un profil cor- respondant,à échelle proportionnelle, à celui de la branche courbe BM.
Afin de mieux fixer les idées,deux formes de réalisation de l'invention sont représentées en Fig.6 et 7. La construction de Fig.6 correspond au schéma de Fig. 2. Autour d'un axe o, porté par un étrier métallique d surmontant un pivot e monté dans un socle approprié f peuvent pivoter les parallélogrammes articu- lés constitués par des tiges AB et DC réunies à leur partie su- périeure par une branche g se prolengeant en h pour porter une lampe i avec son socket et un abat-jour. A leur partie inférieu-- re, les tiges AB et DC sont articulées sur des distributeurs cir-- culaires de courant électrique 1 tourant sur l'axe de pivotement o et elles sont fixées aux branches AF,DE prolongeant les tiges
AB et DU du parallélogramme équilibreur.
Les branches AF,DE sont articulées à leur autre extrémité sur des contrepoids circulaires m solidaires d@ contrepoids P.Les branches AF,DE forment ainsi ,avec ces contrepoids, équilibre à la masse de la lampe et de ses accessoires,ainsi qu'au parallélogramme ABCD
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et aux articulatioiial--correspondantes.Un conducteur électrique n aboutissant à la lampe est commandé par un interrupteur p prévu sur l'étrier d.L appareillage électrique variera évidem- ment suivant les applications envisagées.
La construction de la lampe équilibrée de Fig. 6 corres- pond au schéma de Fig.5.Le cable de transmission sans fin a
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est logé dans des tubes q reliant la masse contrepoids r du parallélogramme inférieur à un étrier s portant l'axe de la poulie supérieure b, la poulie inférieure b' faisant partie du contrepoids r, auquel se relie dtautre part ,par le bras cour- be t la masse P.L'ensemble pivote librement en équilibre au- tour de l'axe o du support d,qui recevra une construction ana- logue à celle de Fig.6 ou en différera plus ou moins suivant les circonstances.
Dans tous les schémas représentés en Fig.1,2 et 3,la bran- che BM du compas portant la masse à équilibrer,lampe ou autre objet, se trouve dans le prolongement axial des pivots d'arti- culation supérieure du parallélogramme ABCD; dans le cas où il n'en serait pas ainsi,il faudrait évidemment prévoir un décala- ge correspondant du contrepoids équilibreur par rapport aux pi- vots d'articulation du parallélogramme inférieur.
La Fig.8 représente un moyen simple de réglage du centre de gravité d'une lampe montée avec son socket à l'intérieur d'un abat-jour v. On utilise dans ce but un coulisseau u orévu latéralement à l'intérieur de cet abat-jour.En cas de remplace- ment de la lampe par une ampoule de forme différente,dont le centre de gravité ne correspondrait pas à celui de la précéden- te, il suffit de déplacer le coulisseau et après réglage de le fixer par un des nombreux moyens de calage connus.
La Fig.9 montre un dispositif permettant un réglage sûr et précis du contrepoids,tant au montage que lors du remplacement d'une ampoule électrique par une ampoule plus lourde ou plus lé- gère. Il est constitué par un disque w,formant lui-même contrepci comme il est représenté en Fig.6, et dans lequel on a percé des cavités x de forme cylindrique ou autre disposées sur des cercles concentriques par rapport au centre du disque. C'est dans ces ca- loge vités que l'on/des corps en plomb de forme correspondante:billes, rouleaux,etc.,qui seront maintenus en place au moyen d'une pla- que ,portant par exemple la réclame du constructeur.
Des corps en plomb,que l'on verserait dans un récipient comme dans les contrepoids n'agissant que dans un sens, seraient
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dans le cas présent sujets à se déplacer et par suite provoque- raient un déséquilibre continuel du mécanisme. Au contraire en les introduisant judicieusement dans les cavités x paralléles à l'axe du contrepoids, ou en les en retirant, ces corps ne peu- vent se déplacer que dans le sens de l'axe,même si ces cavités sont prévues pour recevoir chacune plusieurs de ces corps,- ce qui n'influence pas le centre de gravité d'un système qui tra- vaille toujours dans un même plan.
Bien entendu ,il faut répartir judicieusement ces plombs, dont le nombre peut être aisément déterminé au préalable.Ainsi s'il ne faut ajouter qu'un plomb ,on le mettra dans la cavité du milieu.S'il faut en retirer deux, on les enlèvera de cavi- tés opposées d'un cercle comprenant un nombre pair de cavités.
S'il en faut 3,4,5,6,8, on les répartira à des distances égales sur des cercles divisibles par 3,4,5,6,8. S'il faut ajouter 7,9,11,13... plombs ,on en mettra un au centre et les autres dans les cercles divisibles ou multipliables par 6,8,10 ou 2 x 6,( en utilisant trois cercles concentriques x1,x2 et x3 de respectivement 6,10 et 16 cavités). Au surplus comme on peut disposer éventuellement des deux faces du disque w,-en utili- sant alors deux plaques de fermeture,- on peut,si on désire atteindre la précision absolue,distribuer sur l'une et l'autre face du disque w,des cercles de cavités de diamètres différents et en nombressuffisants et divers,comme dans les disques bien connus d'appareils diviseurs.
REVENDICATIONS.
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