Dynamomètre.
La présente invention a pour objet un dvnamomètre pour l'enregistrement graphique du couple concomitant de la déformation élastique d'un ressort due à une rotation relative des deux extrémités de ce ressort autour d'un axe fixe et comprenant un bâti, des moyens 'note ors et de transmission pour imposer cette rotation à l'une de ces extrémités relativement à ce bâti, des moyens reliant l'autre extrémité à au moins un organe élastique appliqué à faire équilibre an couple susdit par un moment de sa réaction d'élasticité relativement audit axe, et des moyens pour coordonner sur un diagramme, d'une part, des longueurs proportionnelles à la rotation imposée et, d'autre part, des longueurs proportionnelles à la déformation dudit organe élastique.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue d'ensemble en perspective des moyens mécaniques mis en ceuvre dans cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue schématique en perspective d'une partie de ces moyens mécaniques associés à des moyens optiques.
Sur la platine horizontale 2 d'un bâti sont fixés plusieurs supports d'organes mécaniques: un support de paliers 5 comprenant quatre paliers disposés suivant un axe horizontal commun 6, un support 3 dans lequel est encastrée une lame élastique 4 présentant une flexibilité modérée et dont les faces sont parallèles à cet axe, un support de paliers 7 dont deux paliers antérieurs guident le coulissement axial d'une tige 8, et deux plaques verticales 9 et 10 parallèles à l'axe 6.
A l'arrière de la plaque 10 sont montés les stators de deux moteurs synchrones 11 et 11'dont les rotors ont un arbre conunrm et qui sont construits de manière que cet arbre tourne dans un sens ou dans l'autre selon que c'est l'un ou l'autre des deux stators qui est excité. Entre les deux plaques 9 et 10 est monté un dispositif contacteur non visible au dessin. L'arbre des moteurs est relié, par un engrenage à rapport réducteur situé dans un carter 12, à un arbre 13 qui traverse les plaques 9 et 10 et tourillonne par son bout de droite dans le haut de la partie postérieure du support de paliers 7. Dans le bas de cette partie tourillonne le bout d'un arbre 14 qui peut aussi y coulisser et qui présente, à son bout opposé, un filetage par lequel il est introduit dans un trou taraudé de la plaque 9.
Près de cette plaque 9, l'arbre 13 porte un pignon 15 et, sous une roue hélicoïdale 26 d'axe 6, il porte une roue 16 engrenant avec cette roue 26, tandis que le pignon 15 engrène avec une roue 17 fixée sur l'arbre 14; le pignon 15 est plus large que la roue 1.7 pour qu'il reste en prise avec elle lors du eoulissement de l'arbre 14 dû à la rotation de celui-ci dans ledit trou taraudé de la plaque 9.
Dans un trou axial taraudé du bout de la tige J4 qui traverse le support 7 est vissée une tige de prolongement 18 munie d'une tête molletée 19 et d'un écrou de blocage 20, ce qui permet un réglage de la distance de cette tête 19 à la plaque 9 au début d'une expérience. La tige 8 s'appuie contre cette tête par l'effet d'un ressort 21 intercalé entre le palier de droite et une bague 22 fixée sur la tige 8 par une vis 23 (fig. 2). Cette - bague porte une tige radiale 24 engagée dans une fouehe fixe 25 empêchant ainsi la tige 8 de tourner.
L'arbre de la roue hélicoïdale 26 est monté dans les paliers de gauche du support 5, comme l'arbre d'non tour muni de pinees coniques à mâchoires concentriques permettant de serrer en elles, entre les deux paliers médians du support 5, le carré d'un arbre de barillet dont le bout opposé s'appuie contre une bro che montée dans les deux paliers de droite du, support 5. Un tambour de barillet monté sur cet arbre et contenant son ressort en spirale n'est pas visible à l'échelle de la fig. 1. Sur ce tambour est fixé un toc 27 au moyen d un levier de serrage à excentrique 28 serrant ce toc sur la périphérie lisse du tambour.
Au bras de ce toc est attachée l'une des extrémités d'une tige métallique ou bielle 29 dont l'autre extrémité est accrochée à lm crochet non représenté faisant saillie sur la faee invisible de la lame 4. Du côté de la face visible est fixée à cette lame une pièce 30 en métal dur présentant une face extérieure rectifiée.
Contre cette face s'appuie la pointe saillante 31a d'une vis 31 montée au travers d'une plaque 32 de forme générale triangulaire qui repose par une pointe 33 dans une crapandine 34 que l'on a représentée, corme fixée au bâti, mais qui pourrait être portée par une pièce de position réglable. En fig. 2, elle est sur la verticale de la pointe 31a lorsque les choses sont dans leurs positions correspondant à un armage nui du ressort de barillet. Dans le plan horizontal passant par le fond de la crapaudine, un axe de rotation est déterminé par le point d'articulation d'une pointe 35 portée par la plaque 32 et reposant dans le fond d'une entaille en V faite sur la tige 8.
Une faible force d'appui de la pointe 31a contre la lame est déterminée et réglée par un contre-poids 36 monté à l'arrière de la plaque 32 sur une tige filetée 37 fixée à cette plaque. A l'arrière d'un trou 38 de cette plaque 32 est fixé contre celle-ci rm miroir 39 destiné à réfléchir un rayon issu d'une source de lumière S. Un écran 40, constitué par une plaque photographique, est placé en face de ce miroir, plus bas que la source S.
On comprend que l'appareil décrit permette un enregistrement photographique, sous la forme d'un diagramme 4142, des valeurs que prend le couple de réaction élastique du ressort de barillet en fonction des angles d'armage et de désarmage, pourvu que certaines constantes de l'appareil soient préalablement déterminées.
Ces constantes sont les suivantes: la force de réaction élastique de la lame 4 par unité de longueur de sa flèche mesurée au point d'appui 31a suivant la direction de la tige 29 perpendiculaire aux faces de la lame, le bras de levier de cette force par rapport à l'axe 6, la distance des pointes 33 et 31a influant sur les angles de rotation du miroir autour de l'axe horizontal 33-35, la distance des pointes 33 et 35 influant sur les angles de rotation du miroir autour de l'axe sensiblement vertical passant par les pointes 33 et 31a et enfin le pas du filetage de la tige 14 dans la plaque 9 et le rapport des transmissions angulaires de la roue 26 à cette tige 14.
Pour faire une mesure, on met en marche par exemple le moteur 11 qui est supposé faire tourner la roue 26 dans le sens corres-- pondant à l'armage du ressort; on a, au préalable, disposé la plaque photographique 40 comme indiqué en fig. 2, où le rayon réflé chi par ce miroir tombe sur cette plaque en un point situé près du coin de droite en bas par où l'on fera passer les axes x r et y des coordonnées.
Dès que le ressort du barillet non représenté s'arme par la rotation imposée à l'arbre du barillet, le toc 27 tire sur la tige 29 fonctionnant comme bielle et fait fléchir la lame 4 vers l'axe 6 d'une quantité minime n'ayant pratiquement aucune influence sur le bras de levier du toc; il s'ensuit une inclinaison de la plaque 32 et du miroir 39 dont le rayon réfléchi s'élève en tournant d'un angle double de cette inclinaison.
En même temps, la roue 15 a fait tourner la roue 17; la tige 14 a reculé vers la gauche en se vissant dans la plaque 9; la tige 8, soumise à l'action du ressort 21, suit la tige 14 dans ce mouvement de recul et entraîne avec elle la pointe 35 engagée dans l'entaille 8n.
Il s ensuit une rotation de la plaque 32 sur sa pointe 33 autour de l'axe passant par le point 31a, de sorte que le rayon réfléchi se dirige vers la ganche en même temps qu'il s'élève. Il trace donc la courbe d'armage 41.
Lorsque le ressort est armé à fond, un dispositif automatique non représenté ouvre le circuit du moteur 11 et ferme celui du moteur il' dont le sens de marche correspond au désarmage. On sait qu'à cet instant le diagramme des ressorts de barillets présente une partie rectiligne descendante, qui s'explique par des frottements divers, avant que la tourbe 42 de désarmage soit tracée; on comprend que tous les mouvements étant inverses pendant que la lame 4 revient à sa position de repos, le rayon réfléchi suivra un parcours dont le sens sera l'inverse de celui de I 'armage, tant latéralement que verticalement.
La lame 4 est choisie, quant à ses dimensions et caractéristiques d'élasticité, ainsi que le bras de levier de son action sur le toc, de manière que, lors de l'mage total du ressort, l'extrémité de celui-ci à laquelle cette lame est reliée ne tourne que d'un angle inférieur au centième de l'angle de développement entier du ressort, afin que celle des coordonnées du diagramme qui représente l'angle d'armage puisse être mesurée sur une échelle régulière- ment divisée sans qu'il s'ensuive une erreur sensible d'interprétation du diagramme.
Il faut, en effet, remarquer que les abscisses du diagramme sont faites pratiquement proportionnelles à la rotation imposée à l'arbre du barillet supportant le toc et que cette rotation ne serait égale à l'angle d'armage réel que si le toc était fixe par rapport au bâti. Rigoureusement, l'angle d'armage réel est la rotation relative des deux extrémités du ressort, donc la différence entre la rotation de l'arbre et celle du toc. Cette dernière est égale au quotient de la flèche de la lame 4 par le bras de levier du toc relativement à l'axe 6.
Si la flèche de la lame 4 mesure 2 mm, sous l'effort dû à un ressort entièrement armé dont le dé veloppenient est de six tours ou 37,6 radians, et si le bras de levier du toc mesure 30 inri, ]'armage total réel est la différence
37,6 - 2i30 = 37,534 radians.
En négligeant le second terme égal à 0,066, on ne fait une erreur relative que de 0,00177 ou 1,77 millièmes. Pour un moindre angle d'armage, la lame 4 fléchit moins, par exemple de 1,5 mm pour 0,5 tour d'armage valant 3,14 radians. blême si elle fléchissait encore de 2 mm, l'erreur relative ne serait que
0,0066/3,14 = 0,0212 ou 2,12 centièmes.
Tulle ne deviendrait très grande que pour des angles d'armage de quelques degrés qui ne correspondent pas à des conditions normales de marche des montres, vu qu'on n'y utilise, en 24 heures, que 60 à 7O0/o du développement.
On voit que, dans eette forme d'exécution, le miroir est mobile autour de deux axes instantanés de rotation dont les directions sont variables entre d'étroites limites. L'axe horizontal, ou tout autre situé dans un plan sensiblement parallèle aux faces de la lame 4, pourrait être fixe, ce qui éviterait le déplacement horizontal, d'ailleur négligeable, de la pointe 31a contre la lame an cours de l'opération. Ce serait alors l'écran ou la source S qui serait mobile sur nne coulisse parallèle à l'axe 6 et serait cinématiquement relié à la roue 26.
Le toc pourrait présenter deux bras opposés reliés respectivement à l'une et à l'autre de deux lames élastiques identiques dont l'une pourrait suffire à coopérer avec les moyens décrits pour fournir la mesure du couple ou qui eommanderaient ensemble les mouvements du miroir, cela pour que ce toe soit soumis à un couple pur et que les frottements du barillet sur son arbre en soient diminutés,
Le dynamomètre pourrait n'avoir qu'un seul moteur muni de moyens inverseurs du sens de marche. On prévoit de préférence, comme accessoires, plusieurs tocs de dimensions différentes convenant à toutes les grandeurs de barillets.
Le dynamomètre pourrait être adapté à l'épreuve de ressorts à boudin travaillant par torsion qu'on disposerait suivant l'axe 6.
Dynamometer.
The present invention relates to a dvnamometer for the graphic recording of the torque concomitant of the elastic deformation of a spring due to a relative rotation of the two ends of this spring about a fixed axis and comprising a frame, means. ors and transmission to impose this rotation at one of these ends relative to this frame, means connecting the other end to at least one elastic member applied to balance the aforesaid torque by a moment of its elasticity reaction relatively said axis, and means for coordinating on a diagram, on the one hand, lengths proportional to the imposed rotation and, on the other hand, lengths proportional to the deformation of said elastic member.
The accompanying drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention. Fig. 1 is an overall perspective view of the mechanical means used in this embodiment.
Fig. 2 is a schematic perspective view of part of these mechanical means associated with optical means.
On the horizontal plate 2 of a frame are fixed several supports for mechanical parts: a bearing support 5 comprising four bearings arranged along a common horizontal axis 6, a support 3 in which is embedded an elastic blade 4 having moderate flexibility and the faces of which are parallel to this axis, a bearing support 7, of which two front bearings guide the axial sliding of a rod 8, and two vertical plates 9 and 10 parallel to the axis 6.
At the rear of the plate 10 are mounted the stators of two synchronous motors 11 and 11 ′ whose rotors have a conunrm shaft and which are constructed in such a way that this shaft rotates in one direction or the other depending on whether it is one or the other of the two stators which is excited. Between the two plates 9 and 10 is mounted a contactor device not visible in the drawing. The motor shaft is connected, by a reduction gear located in a housing 12, to a shaft 13 which passes through the plates 9 and 10 and is journalled by its right end in the top of the rear part of the bearing support 7 At the bottom of this part, the end of a shaft 14 is journalled which can also slide therein and which has, at its opposite end, a thread through which it is introduced into a tapped hole in the plate 9.
Near this plate 9, the shaft 13 carries a pinion 15 and, under a helical wheel 26 of axis 6, it carries a wheel 16 meshing with this wheel 26, while the pinion 15 meshes with a wheel 17 fixed on the 'tree 14; the pinion 15 is wider than the wheel 1.7 so that it remains in engagement with it during the sliding of the shaft 14 due to the rotation of the latter in said tapped hole of the plate 9.
In an axial hole tapped at the end of the rod J4 which passes through the support 7 is screwed an extension rod 18 provided with a knurled head 19 and a locking nut 20, which allows adjustment of the distance of this head 19 at plate 9 at the start of an experiment. The rod 8 rests against this head by the effect of a spring 21 interposed between the right-hand bearing and a ring 22 fixed to the rod 8 by a screw 23 (FIG. 2). This - ring carries a radial rod 24 engaged in a fixed bracket 25 thus preventing the rod 8 from rotating.
The shaft of the helical wheel 26 is mounted in the left bearings of the support 5, like the non-turning shaft provided with conical pins with concentric jaws making it possible to clamp in them, between the two middle bearings of the support 5, the square of a barrel shaft whose opposite end rests against a spindle mounted in the two right-hand bearings of support 5. A barrel drum mounted on this shaft and containing its spiral spring is not visible at the scale of fig. 1. On this drum is fixed a catch 27 by means of an eccentric clamping lever 28 clamping this catch on the smooth periphery of the drum.
To the arm of this plug is attached one end of a metal rod or rod 29, the other end of which is hooked to the hook, not shown, projecting on the invisible faee of the blade 4. On the side of the visible face is attached to this blade a piece 30 of hard metal having a rectified outer face.
Against this face rests the projecting point 31a of a screw 31 mounted through a plate 32 of generally triangular shape which rests by a point 33 in a crapandine 34 which has been shown, as fixed to the frame, but which could be carried by an adjustable position piece. In fig. 2, it is on the vertical of the point 31a when the things are in their positions corresponding to a damaged winding of the barrel spring. In the horizontal plane passing through the bottom of the slider, an axis of rotation is determined by the point of articulation of a point 35 carried by the plate 32 and resting in the bottom of a V-shaped notch made on the rod 8 .
A low bearing force of the tip 31a against the blade is determined and regulated by a counterweight 36 mounted at the rear of the plate 32 on a threaded rod 37 fixed to this plate. At the rear of a hole 38 of this plate 32 is fixed against the latter a mirror 39 intended to reflect a ray from a light source S. A screen 40, consisting of a photographic plate, is placed opposite of this mirror, lower than the source S.
It will be understood that the apparatus described allows a photographic recording, in the form of a 4142 diagram, of the values taken by the elastic reaction torque of the barrel spring as a function of the winding and unwinding angles, provided that certain constants of device are determined beforehand.
These constants are as follows: the elastic reaction force of the blade 4 per unit length of its deflection measured at the fulcrum 31a in the direction of the rod 29 perpendicular to the faces of the blade, the lever arm of this force relative to the axis 6, the distance of the points 33 and 31a influencing the angles of rotation of the mirror around the horizontal axis 33-35, the distance of the points 33 and 35 influencing the angles of rotation of the mirror around the substantially vertical axis passing through the points 33 and 31a and finally the pitch of the thread of the rod 14 in the plate 9 and the ratio of the angular transmissions from the wheel 26 to this rod 14.
To take a measurement, for example, the motor 11 is started which is supposed to turn the wheel 26 in the direction corresponding to the winding of the spring; we have previously arranged the photographic plate 40 as indicated in FIG. 2, where the ray reflected chi by this mirror falls on this plate at a point located near the lower right corner through which we will pass the x r and y axes of the coordinates.
As soon as the spring of the barrel, not shown, is armed by the rotation imposed on the barrel shaft, the catch 27 pulls on the rod 29 functioning as a connecting rod and bends the blade 4 towards the axis 6 by a minimal quantity n 'having practically no influence on the lever arm of the knock; this results in an inclination of the plate 32 and of the mirror 39, the reflected ray of which rises by rotating by an angle double of this inclination.
At the same time, the wheel 15 has made the wheel 17 turn; the rod 14 has moved back to the left by screwing into the plate 9; the rod 8, subjected to the action of the spring 21, follows the rod 14 in this backward movement and drives with it the tip 35 engaged in the notch 8n.
It follows a rotation of the plate 32 on its point 33 around the axis passing through the point 31a, so that the reflected ray goes towards the left at the same time as it rises. It therefore draws the winding curve 41.
When the spring is fully charged, an automatic device (not shown) opens the circuit of the motor 11 and closes that of the motor 11, the direction of operation of which corresponds to disarming. We know that at this moment the diagram of the barrel springs has a descending rectilinear part, which is explained by various frictions, before the peat 42 of unwinding is traced; it is understood that all the movements being reversed while the blade 4 returns to its rest position, the reflected ray will follow a path the direction of which will be the reverse of that of the winding, both laterally and vertically.
The blade 4 is chosen, as to its dimensions and elasticity characteristics, as well as the lever arm of its action on the catch, so that, when the spring is fully loaded, the end of the latter to which this blade is connected only turns by an angle less than one hundredth of the entire angle of development of the spring, so that that of the coordinates of the diagram which represents the winding angle can be measured on an evenly divided scale without resulting in a significant error in interpretation of the diagram.
It should be noted that the abscissas of the diagram are made practically proportional to the rotation imposed on the shaft of the barrel supporting the lock and that this rotation would only be equal to the real winding angle if the lock was fixed. in relation to the frame. Strictly, the real winding angle is the relative rotation of the two ends of the spring, so the difference between the rotation of the shaft and that of the knock. The latter is equal to the quotient of the arrow of the blade 4 by the lever arm of the toc relative to the axis 6.
If the arrow of the blade 4 measures 2 mm, under the force due to a fully charged spring whose development is six turns or 37.6 radians, and if the lever arm of the toc is 30 inches,] 'winding real total is the difference
37.6 - 2i30 = 37.534 radians.
By neglecting the second term equal to 0.066, we only make a relative error of 0.00177 or 1.77 thousandths. For a smaller winding angle, the blade 4 flexes less, for example 1.5 mm for 0.5 winding turns equal to 3.14 radians. even if it were to bend another 2 mm, the relative error would only be
0.0066 / 3.14 = 0.0212 or 2.12 hundredths.
Tulle would only become very large for winding angles of a few degrees which do not correspond to normal operating conditions for watches, since only 60 to 70% of the development is used in 24 hours.
It can be seen that, in this embodiment, the mirror is movable around two instantaneous axes of rotation, the directions of which are variable between narrow limits. The horizontal axis, or any other located in a plane substantially parallel to the faces of the blade 4, could be fixed, which would prevent the horizontal displacement, incidentally negligible, of the tip 31a against the blade during the operation. . It would then be the screen or the source S which would be movable on a slide parallel to the axis 6 and would be kinematically connected to the wheel 26.
The toc could have two opposite arms connected respectively to one and the other of two identical elastic blades, one of which could be sufficient to cooperate with the means described to provide the measurement of the torque or which together control the movements of the mirror, this so that this toe is subjected to a pure torque and that the friction of the barrel on its shaft is reduced,
The dynamometer could have only one motor provided with means for reversing the direction of travel. There are preferably provided, as accessories, several tocs of different dimensions suitable for all sizes of barrels.
The dynamometer could be adapted to the test of coil springs working by torsion which would be arranged along axis 6.