Dispositif d'entraînement, en rotation, à très grande vitesse. La présente invention a pour objet un dis positif d'entraînement, en rotation, à très grande vitesse, de l'ordre, par exemple, de cent mille tours/minute, d'un organe quel conque tel que l'arbre de travail d'une ma chine-outil.
Le dispositif d'entraînement selon l'inven tion est caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, une turbine pneumatique dont le rotor est maintenu en position de travail par une nappe gazeuse tourbillonnaire, et, d'autre part, un accouplement à fluide ou joint fluide dont la pièce menante est solidaire dudit rotor, et la pièce menée est montée dans un support et est reliée mécaniquement à l'organe à entraîner auquel la puissance de la turbine est ainsi transmise.
L'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, applicable aux ma chines-outils telles que les fraiseuses, les tours, les rectifieuses, etc. De telles machines- outils sont susceptibles de nombreuses appli cations pratiques, et en particulier dans la mécanique de précision, en horlogerie, par exemple. Dans la suite, pour faciliter l'exposé, l'invention sera décrite en se référant parti culièrement à son application aux machines:- outils, mais il doit être bien entendu que ce n'est nullement à titre limitatif.
L'accouplement à fluide précité, qui per met l'utilisation industrielle de la turbine autocentrée ci-dessus, assure la transmission du couple en éliminant les vibrations suscep tibles de détruire les paliers. Il peut être éventuellement organisé de façon à servir de réducteur, de variateur de vitesse ou d'inver seur de marche.
Dans une forme de réalisation de l'inven tion, l'accouplement à fluide comprend, en combinaison, une pièce dénommée cylindre, constituée par un réceptacle creux, dont. la surface interne est sensiblement de révolution et qui est remplie de fluide visqueux, en général un liquide, et une deuxième pièce dénommée moulinet, pièce sensiblement co axiale audit cylindre, de forme en relation avec celle de ce dernier et disposée de façon à être susceptible de jeux axiaux et radiaux par rapport audit cylindre dans lequel elle est plongée,
l'une de ces pièces étant solidaire du rotor moteur et l'autre montée dans un palier et reliée à l'organe à entraîner.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résultent de la description qui va suivre, avec référence aux dessins annexés qui sont donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels: La fig. 1 est une vue en élévation avec arrachements partiels d'une machine-outil à axe vertical équipée du dispositif d'entraîne ment selon l'invention.
La fig. 2 est une coupe selon la, ligne II-II de la fig. 1.
Les fig. 3 à 7 montrent à plus grande échelle des variantes de détail.
La fig. 8 est une variante de l'application du dispositif d'entraînement à une machine- outil à axe horizontal.
La fig. 9 est un détail de la fig. 7.
La fig. 10 est une variante de la turbine. Les fig. 1 et 2 concernent une machine à fraiser ou à meuler dont le bâti 1 porte à sa partie inférieure un ensemble classique 2 (le table de travail<B>(</B>à plateau magnétique par exemple) disposé au-dessous d'un quill porte- fraise ou porte-meule 4 d'axe géométrique vertical 5 et qu'il s'agit de faire tourner à une très grande vitesse susceptible de dépas ser cent mille tours/minute.
A cet effet, le bâti porte à sa. partie supé rieure le stator d'une turbine pneumatique. Ce stator comprend un corps 8 creux obturé à sa partie inférieure par un chapeau conique 9 rapporté avec interposition d'une garniture d'étanchéité. La chambre de pression 10 for mée dans le stator est alimentée en fluide comprimé, en général en air comprimé, par un tuyau 7 et communique avec l'extérieur à travers les tuyères tangentielles 11 montée dans des logements ménagés dans le couver cle conique 9. Les tuyères 11 ont une forme appropriée à. l'évacuation, à grande vitesse, du fluide amené dans la chambre 10, par exem ple celle d'un convergent-divergent de dessin convenable.
Le stator coopère avec un rotor, composé d'un corps 12 sensiblement coaxial à l'axe géométrique 5. La surface supérieure du rotor est conique; elle a une forme en relation avec celle du couvercle 9 et est striée ou munie d'aubes dirigées sensiblement selon ses géné ratrices. Le rotor coopère, au repos. avec une console formant: butée 14 disposée un peu au-dessous de sa. position de travail.. Cette butée pourrait être folle et sensiblement co axiale à. l'axe géométrique 5.
t n arbre vertical 16 coaxial à l'axe géo métrique 5 et solidaire du rotor 12 porte à son extrémité inférieure le moulinet 18 qui, en combinaison avec le cylindre 19, constitue l'accouplement à fluide (accouplement hydrau lique) de transmission. Le moulinet 18 co axial à l'axe géométrique 5 est constitué, comme le montre la. fig. 2, par des palettes radiales pleines ou perforées, uniformément réparties. Il est plongé dans le cylindre 19 rempli de fluide visqueux, de l'huile par exemple. Le cylindre 19 est monté, avec le quill 4 fixé sur ce fond, dans des paliers à billes 20 coaxiaux à l'axe 5.
La surface interne du cylindre 19, de révolution autour de l'axe géométrique 5, est garnie de palettes radiales présentées par une pièce interchangeable ou chicane 22. La chicane 22 est introduite sans jeu dans le cylindre 19 qui est fermé à sa partie supérieure par un chapeau 23 percé d'un passage axial pour l'arbre 16.
Dans l'exemple représenté, la hauteur du cylindre 19 et celle (le la chicane 22 sont très sensiblement supérieures à la, hauteur du moulinet 18 et les paliers 20 sont portés par un chariot 25. Le chariot ?5 est monté de façon à pouvoir coulisser le long d'un guide vertical 27 que présente le bâti, sur une longueur correspondant à. la différence entre les hauteurs du moulinet 18 et du cylindre 19. sous l'action d'un levier 28 articulé audit bâti 1.
L- fonctionnement est le suivant: Au repos, le rotor 12 repose sur la console 14 et se trouve être à peu prés coaxial à l'axe géométrique 5. Lorsque du fluide comprimé, par exemple de l'air à une pression de l'ordre de 4 kg par cm2, alimente la chambre de pression 10, cet air est évacué à grande vitesse par les tuyères 11 et il se forme un tourbillon créant dans la zone A un phéno mène de succion.
Le rotor se met par suite en rotation; il tourne d'abord en restant au contact de la butée 14, avantageusement rotative, puis il est aspiré par la succion précitée, prend une position d'équilibre au- dessus de cette butée 14 sans toucher le stator et choisit lui-même son axe de rotation autour duquel il tourne à une très grande vitesse, celle-ci pouvant être de l'ordre de cent mille tours à la minute.
Le centrage du rotor n'est nullement gêné par le moulinet 18 dont il est solidaire et qui est libre dans le cylindre 19. On évite ainsi la transmission de vibrations, qui, aux vitesses considérées détruiraient les paliers. Le moulinet 18, qui pourrait être un cylin dre de surface externe lisse ou striée, entraîne dans sa rotation le fluide dans lequel il est plongé et qui y adhère avec une force varia ble avec sa viscosité. Le couple ainsi trans mis par le fluide visqueux est reçu par le cylindre 19. La chicane 22 accroit les surfaces de cisaillement du fluide et améliore la trans mission. On comprend que le jeu ménagé entre cette chicane interchangeable et le moulinet permet de faire varier dans de grandes limites le rapport de transmission.
Cette chicane n'est d'ailleurs pas indispen sable et les ailettes peuvent être portées par la surface interne du cylindre qui pourrait d'ailleurs, dans une variante, être parfaite ment lisse.
La hauteur de la chicane et du cylindre .permet de donner à l'ensemble qu'ils forment un mouvement de va-et-vient axial, à l'aide du levier 28, par exemple, pour monter ou abais ser l'arbre porte-outil ou pour imprimer à une meule ou un autre dispositif un mouve ment alternatif ou louvoyant.
Dans une variante, le moulinet pourrait être la pièce réceptrice de l'accouplement à fluide et le cylindre la pièce motrice solidaire d u rotor. Conformément à la fig. 3, le phénomène de succion du stator peut être créé de façon différente en formant dans la chambre 10, au-dessus du couvercle 9, un tube de Venturi débouchant à l'extérieur et dont l'étrangle ment se trouve sensiblement au sommet du couvercle 9 qui présente un passage de sortie 29 débouchant dans cet étranglement.
La chambre 10 est alimentée en air comprimé par le tuyau 7 comme dans l'exemple précédent. La rotation du rotor est alors assurée par des tuyères tangentielles (non représentées sur le dessin) analogues aux tuyères 11 précédemment décrites.
La fig. 4 se rapporte à une construction simplifiée de l'accouplement hydraulique dans laquelle la hauteur du cylindre 19 et de la chicane 22 qu'il enferme n'est que légèrement supérieure à celle du moulinet 18. La butée 14 est alors inutile et le moulinet peut s'appuyer au repos et aux faibles vitesses sur le cylindre 19.
Dans certains cas, il est désirable d'aug menter le frottement entre le cylindre et le moulinet en multipliant les surfaces de con tact des masses fluides sollicitées dans des sens opposés. Ce résultat peut être obtenu selon la fig. 5 en munissant la chicane 22, outre les palettes périphériques, de palettes en regard 30 faisant saillie sur le fond et sur le couvercle du cylindre 19 et en con formant le moulinet de façon qu'il présente des palettes 31 s'insérant entre les palettes 30.
L'accouplement hydraulique peut égale ment être agenéé de façon à créer une démul tiplication variable, par exemple, comme on l'a représenté sur la fig. 6, sur laquelle le cylindre 19, la chicane 22 et le moulinet 18 sont coniques. Le moulinet 18 a une hauteur inférieure à celle du cylindre 19 et il est mobile axialement par rapport à ce dernier par exemple, comme le montre la fig. 1.
On comprend que le déplacement axial relatif du moulinet et du cylindre modifie la distance entre les arêtes des palettes en regard, et par suite, le rapport de transmission entre celle de ces deux pièces qui -est motrice et celle qui est réceptrice. L'accouplement à fluide peut être organisé de façon à produire une inversion de marche. A cet effet (voir fig. 7), une couronne d'aubes fixes 35 peut être insérée entre les palettes motrices et réceptrices 36 et 37. Ces aubes fixes peuvent, par exemple, s'étendre sur une partie de la hauteur du cylindre 7.
et on comprend que la nappe cylindrique de tourbillons qu'elles créent provoque la rota tion, en sens contraire, des palettes 36 et<B>37.</B>
Au lieu d'être à axe vertical, le machine- outil équipée du dispositif selon l'invention peut avoir son axe horizontal et être consti tuée par un tour ou une rectifieuse par exemple, comme on l'a représenté sur la fig. 8. Cette réalisation du dispositif d'en traînement diffère de celle qui a été décrite avec référence aux figures précédentes, no tamment par l'existence d'une butée souple centrant le rotor 12 de la turbine au départ.
Comme le représente à plus grande échelle la fig. 9, cette butée est formée par une sphère 39 coopérant avec une douille 40 dans laquelle elle est montée avec jet-, ces deux organes étant portés par des cordes à piano fixées respectivement aux sommets du rotor 12 de la turbine et du chapeau conique 9 du stator 8. Une butée souple analogue 42 main tient en position le moulinet 18 à l'intérieur du cylindre 19, ces deux derniers élément étant, dans ce cas, immobiles axialement l'un par rapport à l'autre.
L'extrême flexibilité de la corde à piano fait que les butées lie gênent en rien la marche du système tournant.
Enfin, selon une variante, la, turbine pneumatique peut être réalisée sans stator créant de la dépression. A cet effet, on fait usage, comme on l'a représenté sur la fig. 10, d'un rotor biconique 12, symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à son axe de rotation, et associé à deux stators symé triques 8 et 8' alimentés en air comprimé par deux branches 7 et 7' d'un même conduit 7. Les deux stators présentent des ajutages 42 et 42' créant deux nappes gazeuses tour billonnaires entre lesquelles est soutenu le rotor. L'accouplement à fluide et le reste de l'installation sont réalisés comme on l'a exposé au sujet des exemples précédents.
Drive device, rotating, at very high speed. The present invention relates to a positive drive device, in rotation, at very high speed, of the order, for example, of one hundred thousand revolutions / minute, of any member such as the working shaft of 'a my china-tool.
The drive device according to the invention is characterized in that it comprises, on the one hand, a pneumatic turbine, the rotor of which is held in the working position by a swirling gas sheet, and, on the other hand, a fluid coupling or fluid seal, the driving part of which is integral with said rotor, and the driven part is mounted in a support and is mechanically connected to the member to be driven to which the power of the turbine is thus transmitted.
The invention is more particularly, but not exclusively, applicable to machine tools such as milling machines, lathes, grinding machines, etc. Such machine tools are capable of numerous practical applications, and in particular in precision mechanics, in watchmaking, for example. In the following, to facilitate the description, the invention will be described with particular reference to its application to machines: - tools, but it must be understood that this is in no way limiting.
The above-mentioned fluid coupling, which allows the industrial use of the above self-centering turbine, ensures torque transmission by eliminating vibrations liable to destroy the bearings. It can optionally be organized so as to serve as a reduction gear, speed variator or reverser.
In one embodiment of the invention, the fluid coupling comprises, in combination, a part referred to as a cylinder, consisting of a hollow receptacle, of which. the internal surface is substantially of revolution and which is filled with viscous fluid, generally a liquid, and a second part called a reel, a part substantially coaxial with said cylinder, of shape in relation with that of the latter and arranged so as to be susceptible axial and radial clearances with respect to said cylinder in which it is immersed,
one of these parts being integral with the motor rotor and the other mounted in a bearing and connected to the member to be driven.
Other characteristics and advantages of the invention result from the description which follows, with reference to the appended drawings which are given solely by way of example and in which: FIG. 1 is an elevational view, partially cut away, of a vertical axis machine tool equipped with the drive device according to the invention.
Fig. 2 is a section taken along line II-II of FIG. 1.
Figs. 3 to 7 show variations in detail on a larger scale.
Fig. 8 is a variant of the application of the drive device to a machine tool with a horizontal axis.
Fig. 9 is a detail of FIG. 7.
Fig. 10 is a variant of the turbine. Figs. 1 and 2 relate to a milling or grinding machine, the frame 1 of which carries at its lower part a conventional assembly 2 (the work table <B> (</B> with a magnetic plate, for example) arranged below a quill cutter holder or grinding wheel holder 4 with vertical geometric axis 5 and which it is a question of rotating at a very high speed capable of exceeding ser hundred thousand revolutions / minute.
For this purpose, the frame door to its. upper part the stator of a pneumatic turbine. This stator comprises a hollow body 8 closed at its lower part by a conical cap 9 fitted with the interposition of a seal. The pressure chamber 10 formed in the stator is supplied with compressed fluid, in general with compressed air, by a pipe 7 and communicates with the outside through the tangential nozzles 11 mounted in housings made in the conical cover 9. The nozzles 11 have a shape suitable for. the evacuation, at high speed, of the fluid brought into the chamber 10, for example that of a convergent-divergent of suitable design.
The stator cooperates with a rotor, composed of a body 12 substantially coaxial with the geometric axis 5. The upper surface of the rotor is conical; it has a shape in relation to that of the cover 9 and is ridged or provided with vanes directed substantially along its generators. The rotor cooperates, at rest. with a console forming: stop 14 disposed a little below its. working position .. This stop could be crazy and appreciably coaxial to. geometric axis 5.
t n vertical shaft 16 coaxial with the geometrical axis 5 and integral with the rotor 12 carries at its lower end the reel 18 which, in combination with the cylinder 19, constitutes the fluid coupling (hydraulic coupling) for transmission. The reel 18 co axial to the geometric axis 5 is formed, as shown in the. fig. 2, by solid or perforated radial pallets, evenly distributed. It is immersed in the cylinder 19 filled with viscous fluid, oil for example. The cylinder 19 is mounted, with the quill 4 fixed on this base, in ball bearings 20 coaxial with the axis 5.
The internal surface of the cylinder 19, of revolution around the geometric axis 5, is lined with radial vanes presented by an interchangeable part or baffle 22. The baffle 22 is introduced without play into the cylinder 19 which is closed at its upper part by a cap 23 pierced with an axial passage for the shaft 16.
In the example shown, the height of the cylinder 19 and that (the baffle 22 are very substantially greater than the height of the reel 18 and the bearings 20 are carried by a carriage 25. The carriage? 5 is mounted so as to be able to slide along a vertical guide 27 presented by the frame, over a length corresponding to the difference between the heights of the reel 18 and of the cylinder 19. under the action of a lever 28 articulated to said frame 1.
The operation is as follows: At rest, the rotor 12 rests on the console 14 and is found to be approximately coaxial with the geometric axis 5. When the compressed fluid, for example air at a pressure of the order of 4 kg per cm 2, feeds the pressure chamber 10, this air is evacuated at high speed by the nozzles 11 and a vortex forms, creating in zone A a suction phenomenon.
The rotor then starts to rotate; it first turns while remaining in contact with the stop 14, which is advantageously rotatable, then it is sucked in by the aforementioned suction, takes a position of equilibrium above this stop 14 without touching the stator and itself chooses its axis of rotation around which it rotates at a very high speed, this speed possibly being of the order of a hundred thousand revolutions per minute.
The centering of the rotor is in no way hampered by the reel 18 with which it is integral and which is free in the cylinder 19. The transmission of vibrations, which, at the speeds considered, would destroy the bearings, is thus avoided. The reel 18, which could be a cylinder with a smooth or ridged outer surface, drives in its rotation the fluid in which it is immersed and which adheres thereto with a force which varies with its viscosity. The torque thus transmitted by the viscous fluid is received by the cylinder 19. The baffle 22 increases the shear surfaces of the fluid and improves the transmission. It is understood that the clearance between this interchangeable baffle and the reel makes it possible to vary the transmission ratio within wide limits.
This baffle is not, moreover, essential and the fins can be carried by the internal surface of the cylinder which could, moreover, in a variant, be perfectly smooth.
The height of the baffle and the cylinder allows to give the assembly that they form an axial reciprocating movement, using the lever 28, for example, to raise or lower the supporting shaft. -tool or to impart to a grinding wheel or other device an alternating or tacking movement.
In a variant, the reel could be the receiving part of the fluid coupling and the cylinder the driving part integral with the rotor. According to fig. 3, the stator suction phenomenon can be created in a different way by forming in the chamber 10, above the cover 9, a Venturi tube opening to the outside and the constriction of which is located substantially at the top of the cover. 9 which has an outlet passage 29 opening into this constriction.
The chamber 10 is supplied with compressed air by the pipe 7 as in the previous example. The rotation of the rotor is then ensured by tangential nozzles (not shown in the drawing) similar to the nozzles 11 previously described.
Fig. 4 relates to a simplified construction of the hydraulic coupling in which the height of the cylinder 19 and of the baffle 22 which it encloses is only slightly greater than that of the reel 18. The stop 14 is then unnecessary and the reel can lean at rest and at low speeds on cylinder 19.
In some cases, it is desirable to increase the friction between the cylinder and the reel by increasing the contact surfaces of the fluid masses urged in opposite directions. This result can be obtained according to fig. 5 by providing the baffle 22, in addition to the peripheral pallets, with facing pallets 30 projecting on the bottom and on the cover of the cylinder 19 and by forming the reel so that it has pallets 31 inserting between the pallets 30.
The hydraulic coupling can also be arranged so as to create a variable gear ratio, for example, as shown in FIG. 6, on which the cylinder 19, the baffle 22 and the reel 18 are conical. The reel 18 has a height less than that of the cylinder 19 and it is movable axially relative to the latter for example, as shown in FIG. 1.
It will be understood that the relative axial displacement of the reel and of the cylinder modifies the distance between the edges of the facing vanes, and consequently the transmission ratio between that of these two parts which is driving and that which is receiving. The fluid coupling can be arranged to produce a reverse direction. For this purpose (see fig. 7), a ring of fixed vanes 35 can be inserted between the drive and receiving vanes 36 and 37. These fixed vanes can, for example, extend over part of the height of the cylinder 7. .
and it is understood that the cylindrical sheet of vortices that they create causes the rotation, in the opposite direction, of the vanes 36 and <B> 37. </B>
Instead of being with a vertical axis, the machine tool equipped with the device according to the invention can have its horizontal axis and be constituted by a lathe or a grinding machine, for example, as shown in FIG. 8. This embodiment of the dragging device differs from that which has been described with reference to the preceding figures, in particular by the existence of a flexible stop centering the rotor 12 of the turbine at the start.
As shown on a larger scale in FIG. 9, this stop is formed by a sphere 39 cooperating with a sleeve 40 in which it is mounted with a jet, these two members being carried by piano strings fixed respectively to the tops of the rotor 12 of the turbine and of the conical cap 9 of the stator 8. A similar flexible stopper 42 holds the reel 18 in position inside the cylinder 19, the latter two elements being, in this case, stationary axially relative to one another.
The extreme flexibility of the piano wire means that the link stops in no way hinder the running of the rotating system.
Finally, according to a variant, the pneumatic turbine can be produced without a stator creating a vacuum. For this purpose, use is made, as has been shown in FIG. 10, of a biconical rotor 12, symmetrical with respect to a plane perpendicular to its axis of rotation, and associated with two symmetrical stators 8 and 8 'supplied with compressed air by two branches 7 and 7' of the same duct 7 The two stators have nozzles 42 and 42 'creating two round billonary gas sheets between which the rotor is supported. The fluid coupling and the rest of the installation are carried out as explained in connection with the previous examples.