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.