EP0665064A1 - Vibrateur rotatif unidirectionnel - Google Patents

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EP0665064A1
EP0665064A1 EP94630004A EP94630004A EP0665064A1 EP 0665064 A1 EP0665064 A1 EP 0665064A1 EP 94630004 A EP94630004 A EP 94630004A EP 94630004 A EP94630004 A EP 94630004A EP 0665064 A1 EP0665064 A1 EP 0665064A1
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shaft
transmission
masses
return
integral
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Jean-Claude Poncet
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses

Definitions

  • the present invention relates to a vibrating device which allows very significantly improved conditions of use vis-à-vis the embodiments currently known in the art.
  • this device requires two vibrators, these must be precisely assembled, generally symmetrical with respect to the member to be set in motion, at the risk of compromising the synchronism of the vibrators.
  • Another way of applying a unidirectional vibratory force to a machine consists in using a vibrator comprising unbalanced masses also distributed on two parallel axes, the said axes being interconnected by a set of toothed wheels, one of the axes being itself connected to a motor unit, most often electric, distinct from the vibrating unit.
  • the axes rotating in opposite directions, the unbalanced masses generate in the same way as previously a resultant sinusoidal force and of constant direction.
  • This device also requires two separate units, the vibrating unit itself being relatively bulky and expensive, since having two axes, ie four stages of rotation.
  • a third mode of unidirectional vibratory excitation is the electromagnetic vibrator. Given the generally low amplitudes generated by this type of vibrator, their weight is close to half the weight to be vibrated, which makes them particularly heavy and expensive devices.
  • the present invention relates to a vibrating unit which overcomes the disadvantages of previous solutions, by allowing the generation of a unidirectional sinusoidal vibrating force from a single axis carrying unbalanced masses, the vibrating unit and the motor unit being able to be easily combined in one light, space-saving device.
  • the vibrator considered comprising a flange with central bearing supporting a motor shaft causing direct rotation to an unbalanced mass
  • the motor shaft causes in opposite rotation, an equivalent coaxial unbalanced mass, via '' A transmission with overturning and a transmission without overturning, relayed by a return shaft on a bearing mounted on the flange, the two unbalanced masses generating a unidirectional vibratory result, of predetermined direction and amplitude.
  • the ratio of one transmission being a
  • the ratio of the other transmission is equal to 1 / a , so that the masses unbalanced spinning at the same speed.
  • the transmission ratios are equal to the unit.
  • the transmissions operate without slipping.
  • the vibrator in question comprises a housing 1 in which the bearing housing 2 is machined, the faces 3 and 4, as well as the groove 6.
  • the housing 1 also comprises threaded blind holes 7 in the bosses 8.
  • a second casing 9 has the machined faces 10 and 11, the groove 12 and the smooth bores 13 in correspondence with the blind holes 7.
  • a circular flange 14 is integral with a base 15, comprising two bearing faces 16 and two bores 17 for the passage of not shown fixing bolts, symmetrical relative to the axis of symmetry 44, passing through the center of the flange 14 and normal to base plane of the bearing faces 16.
  • the flange 14 further comprises the shoulders 18 and 19, the rolling housings 20 and 21, as well as smooth bores 22 in correspondence with the bores 13 of the casing 9, and threaded bores 7 of the casing 1.
  • Screws not shown assemble the casings 1 and 9, and the flange 14, the shoulder 18 of the flange 14 coming into contact with the faces 3 and 4 of the casing 1, and the shoulder 19 of the flange 14 coming into contact with the faces 10 and 11 of the casing 9, the O-rings 24 and 25 finding place in the grooves 6 and 12 respectively.
  • the central housing 20 of the flange 14 receives a ball bearing 26 in which the motor shaft 27 takes place, supported on the other hand by the ball bearing 28 housed in the housing 2 of the casing 1.
  • the drive shaft 27 On one side of the flange 14, the drive shaft 27 has a shoulder 29 against which a mass 30 of semi-circular shape bears, rotationally secured to the drive shaft 27 by keying.
  • a pinion 32 with straight or helical teeth is interposed between the mass 30 and the bearing 26, and fixed in rotation on the motor axis 27 by keying. It meshes with a pinion 40, integral with a return axis 39, mounted on the ball bearing 38 housed in the housing 21 of the flange 14.
  • a toothed wheel 41 At the other end of the return shaft 39 is fixed a toothed wheel 41, causing a toothed wheel 37 to rotate by means of a single-toothed belt 42.
  • the toothed wheel 37 is integral with the semicircular mass 36, the housing 35 of which receives the ball bearing 34, mounted on the reduction 33 of the motor shaft 27. Centered on the motor shaft 27, the wheel tooth 37 is not in contact with the latter.
  • the pinions 32 and 40 constitute the transmission with reversal 50, of ratio 1, and operating without sliding, self-lubricating, shown in FIG. 2.
  • the toothed wheels 41 and 37, and the single-toothed belt 42 constitute the transmission without overturning 51, of ratio 1, also operating without sliding, shown in FIG. 3.
  • the motor shaft 27 supports the rotor of an electric motor 43 housed in the casing 1.
  • the masses 30 and 36 are mounted in conjunction in the position shown in Figures 2 and 3.
  • the operation of the vibrator described in the example described above is as follows:
  • the electric motor 43 rotates the motor shaft 27, itself driving the mass 30, and the gear train constituted by the pinions 32 and 40.
  • the pinion 40 rotates the return shaft 39 and the toothed wheel 41, in the opposite direction to the motor shaft 27.
  • the toothed wheel 41 rotates the toothed wheel 37 and the mass 36, by means of the belt 42, in the same direction as the return shaft 39.
  • the masses 30 and 36 rotating in opposite directions, and at the same speed, are always symmetrical relative to an axis of vibration 45, passing through the center of rotation and coinciding with the axis of symmetry of the masses when they are in position of conjunction.
  • Figures 2, 3 and 4 show the special case where the axis of vibration 45 coincides with the axis of symmetry 44, Figure 4 showing the position of conjunction of the masses 30 and 36 after a rotation of a turn around.
  • FIG. 5 represents the position of the masses 30 and 36 at any time t , in the case where the axis of vibration 45 forms with the axis of symmetry 44 the angle ⁇ pre-established during mounting of the vibrator.
  • the centrifugal reaction F to which a mass is subjected at the instant t can decompose in its plane in the direction of the axis of vibration 45 into a component Fv , and in the direction perpendicular to the axis 45 in a component Fh .
  • the 2 components Fh balance each other, and the centrifugal reaction of the system is a unidirectional sinusoidal force equal to 2Fv , the constant direction of which is axis 45, the amplitude is 2F , and the application area the bearing 26.
  • FIG. 6 represents an assembly in which the transmission with reversal 50 consists of toothed wheels 46 and 47, two toothed return rollers 48 and a double-toothed belt 49 ensuring transmission with reversal of ratio 1, between the shaft motor 27 and return shaft 39.
  • the pinions, toothed wheels, belts can have any drive characteristics, provided that the transmission ratios are respected, and will be made of steel or any other suitable metal or alloy, or any synthetic resin, plastic or composite material, or any combination of the above.
  • a belt transmission may include a tension roller, a chain can also be substituted for the belt, and the gear wheels can include guide flanges.
  • the masses 30 and 36 may be adjustable by adding or removing lamellae or metal plates, or by any other means capable of modifying their mass or their barycenter.
  • the transmission with overturning may be located on any side of the flange 14.
  • the base 15 may be integral with at least one of the casings and include a different number of fixing holes.
  • the bearings may be of any type, rigid ball, cylindrical roller, ball joint on ball or roller, angular contact ball, taper roller, or other, without departing from the scope of the present invention.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

Vibrateur rotatif unidirectionnel, comportant une flasque (14) supportant un arbre moteur (27) et un arbre de rappel (39). Selon l'invention, l'arbre moteur(27) entraînant en rotation directe une masse déséquilibrée (30), entraîne en rotation opposée et à même vitesse une masse déséquilibrée coaxiale équivalente (36), par l'intermédiaire d'une transmission avec renversement (50) et d'une transmission sans renversement (51) relayées par l'arbre de rappel(39), les masses déséquilibrées (30,36) générant sur l'arbre moteur (27) une résultante vibratoire sinusoïdale unidirectionnelle, de direction et d'amplitude prédéterminées. <IMAGE>

Description

  • La présente invention est relative à un dispositif vibrant qui permet des conditions d'utilisation très sensiblement améliorées vis-à-vis des réalisations actuellement connues dans la technique.
  • De nombreuses machines vibrantes destinées au transport, au tamisage ou à la distribution de produits grenus ou pulvérulents, sont munies de vibrateurs rotatifs à masses déséquilibrées.
  • Lorsque le fonctionnement des-dites machines nécessite qu'elles soient sollicitées par une force vibratoire unidirectionnelle, deux vibrateurs rotatifs semblables à masses déséquilibrées, et de sens de rotation opposé, peuvent être utilisés, de telle façon que les forces vibratoires générées par chaque vibrateur se combinent par annulation réciproque des composantes transversales, en une force résultante sinusoïdale de direction constante.
  • Outre que ce dispositif requiert deux vibrateurs, ceux-ci doivent faire l'objet d'un montage précis, généralement symétrique relativement à l'organe à mettre en mouvement, au risque de compromettre le synchronisme des vibrateurs.
  • Une autre façon d'appliquer une force vibratoire unidirectionnelle à une machine, consiste à utiliser un vibrateur comportant des masses déséquilibrées également réparties sur deux axes parallèles, les-dits axes étant reliés entre eux par un jeu de roues dentées, l'un des axes étant lui-même relié à une unité motrice, le plus souvent électrique, distincte de l'unité vibrante. Les axes tournant en sens opposé, les masses déséquilibrées génèrent de la même façon que précédemment une force résultante sinusoïdale et de direction constante. Ce dispositif requiert également deux unités distinctes, l'unité vibrante étant elle-même relativement volumineuse et onéreuse, puisque comportant deux axes, soit quatre paliers de rotation.
  • Un troisième mode d'excitation vibratoire unidirectionnelle est le vibrateur électromagnétique. Compte-tenu des amplitudes généralement faibles générées par ce type de vibrateur, leur poids est voisin de la moitié du poids à vibrer, ce qui en fait des appareils particulièrement lourds et onéreux.
  • La présente invention concerne une unité vibrante qui pallie les désavantages des solutions antérieures, en permettant la génération d'une force vibratoire sinusoïdale unidirectionnelle à partir d'un seul axe portant des masses déséquilibrées, l'unité vibrante et l'unité motrice pouvant être aisément combinées en un seul appareil léger et de faible encombrement.
  • A cet effet, le vibrateur considéré comprenant une flasque avec roulement central supportant un arbre moteur entrainant en rotation directe une masse déséquilibrée, se caractérise en ce que l'arbre moteur entraine en rotation opposée, une masse déséquilibrée coaxiale équivalente, par l'intermédiaire d'une transmission avec renversement et d'une transmission sans renversement, relayées par un arbre de rappel sur roulement monté sur la flasque, les deux masses déséquilibrées générant une résultante vibratoire unidirectionnelle, de direction et d'amplitude prédéterminées.
  • Selon une caractéristique particulière, le rapport d'une transmission étant a, le rapport de l'autre transmission est égal à 1/a, de façon à ce que les masses déséquilibrées tournent à la même vitesse .
  • Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les rapports de transmission sont égaux à l'unité.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, les transmissions fonctionnent sans glissement.
  • D'autres caractéristiques d'un vibrateur établi conformément à l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
    • La figure 1 est une vue d'ensemble de dessus du vibrateur, représenté en cours de montage.
    • La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne I-I de la figure 1.
    • La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1.
    • Les figures 4 et 5 indiquent des positions particulières des masses déséquilibrées.
    • La figure 6 montre un dispositif alternatif à celui de la figure 2.
  • Dans l'exemple de réalisation représenté sur ces figures, le vibrateur considéré comporte un carter 1 dans lequel sont usinés le logement de roulement 2, les faces 3 et 4, ainsi que la gorge 6. Le carter 1 comporte en outre des perçages borgnes filetés 7 dans les bossages 8.
  • Un second carter 9 présente les faces usinées 10 et 11, la gorge 12 ainsi que les alésages lisses 13 en correspondance des trous borgnes 7.
  • Une flasque circulaire 14 est solidaire d'une embase 15, comportant deux faces d'appui 16 et deux alésages 17 de passage de boulons de fixation non représentés, symétriques relativement à l'axe de symétrie 44, passant par le centre de la flasque 14 et normal au plan de base des faces d'appui 16.
  • La flasque 14 comporte en outre les épaulements 18 et 19, les logements à roulement 20 et 21, ainsi que des alésages lisses 22 en correspondance des alésages 13 du carter 9, et des perçages filetés 7 du carter 1.
  • Des vis non représentées assemblent les carters 1 et 9, et la flasque 14, l'épaulement 18 de la flasque 14 venant au contact des faces 3 et 4 du carter 1, et l'épaulement 19 de la flasque 14 venant au contact des faces 10 et 11 du carter 9, les joints toriques 24 et 25 trouvant place dans les gorges 6 et 12 respectivement.
  • Le logement central 20 de la flasque 14 reçoit un roulement à billes 26 dans lequel prend place l'arbre moteur 27, supporté d'autre part par le roulement à billes 28 logé dans le logement 2 du carter 1.
  • D'un côté de la flasque 14, l'arbre moteur 27 comporte un épaulement 29 contre lequel s'appuie une masse 30 de forme demi-circulaire, solidaire en rotation de l'arbre moteur 27 par clavetage.
  • Un pignon 32 à denture droite ou hélicoïdale est interposé entre la masse 30 et le roulement 26, et fixé en rotation sur l'axe moteur 27 par clavetage. Il engrène sur un pignon 40, solidaire d'un axe de rappel 39, monté sur le roulement à billes 38 logé dans le logement 21 de la flasque 14.
  • A l'autre extrémité de l'arbre de rappel 39 est fixée une roue dentée 41, entrainant en rotation une roue dentée 37 par l'intermédiaire d'une courroie à simple denture 42.
  • La roue dentée 37 est solidaire de la masse demi-circulaire 36, dont le logement 35 reçoit le roulement à billes 34, monté sur la réduction 33 de l'arbre moteur 27. Centrée sur l'arbre moteur 27, la roue dentée 37 n'est pas en contact avec ce dernier.
  • Les pignons 32 et 40 constituent la transmission avec renversement 50, de rapport 1, et fonctionnant sans glissement, autolubrifiante, représentée en figure 2.
  • Les roues dentées 41 et 37, et la courroie à simple denture 42 constituent la transmission sans renversement 51, de rapport 1, fonctionnant également sans glissement, représentée en figure 3.
  • L'arbre moteur 27 supporte le rotor d'un moteur électrique 43 logé dans le carter 1.
  • Les masses 30 et 36 sont montées en conjonction dans la position représentée sur les figures 2 et 3.
  • Le fonctionnement du vibrateur décrit dans l'exemple exposé ci-dessus est le suivant:
       Le moteur électrique 43 entraine en rotation l'arbre moteur 27, entrainant lui-même la masse 30, et le train d'engrenages constiué par les pignons 32 et 40.
  • Le pignon 40 entraine en rotation l'arbre de rappel 39 et la roue dentée 41, dans le sens opposé à l'arbre moteur 27.
  • La roue dentée 41 entraine en rotation la roue dentée 37 et la masse 36, par l'intermédiaire de la courroie 42, dans le même sens que l'arbre de rappel 39.
  • Les masses 30 et 36, tournant en sens opposé, et à la même vitesse, sont toujours symétriques relativement à un axe de vibration 45, passant par le centre de rotation et coïncidant avec l'axe de symétrie des masses lorsqu'elles sont en position de conjonction.
  • Les figures 2, 3 et 4 représentent le cas particulier où l'axe de vibration 45 coïncide avec l'axe de symétrie 44, la figure 4 représentant la position de conjonction des masses 30 et 36 après une rotation d'un demi-tour.
  • La figure 5 représente la position des masses 30 et 36 à l'instant quelconque t, dans le cas où l'axe de vibration 45 fait avec l'axe de symétrie 44 l'angle α préétabli lors du montage du vibrateur.
  • La réaction centrifuge F à laquelle est soumise une masse à l'instant t peut se décomposer dans son plan selon la direction de l'axe de vibration 45 en une composante Fv, et selon la direction perpendiculaire à l'axe 45 en une composante Fh. Compte tenu de la symétrie des masses 30 et 36 relativement à l'axe de vibration 45, les 2 composantes Fh s'équilibrent mutuellement, et la réaction centrifuge du système est une force sinusoïdale unidirectionnelle égale à 2Fv, dont la direction constante est l'axe 45, l'amplitude est 2F, et la zone d'application le roulement 26.
  • Alternativement, la figure 6 représente un assemblage dans lequel la transmission avec renversement 50 est constituée des roues dentées 46 et 47, deux galets dentés de rappel 48 et une courroie à double denture 49 assurant la transmission avec renversement de rapport 1, entre l'arbre moteur 27 et l'arbre de rappel 39.
  • Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation plus spécialement décrits et représentés; elle en embrasse au contraire toutes les variantes.
  • Notamment, il est clair que les pignons , roues dentées, courroies, peuvent avoir des caractéristiques d'entrainement quelconques, pour autant que les rapports de transmission soient respectés, et seront en acier ou tout autre métal ou alliage approprié, ou toute résine synthétique, matière plastique ou composite, ou une combinaison quelconque de ce qui précède.
  • Une transmission par courroie pourra comporter un galet de tension, une chaine pouvant par ailleurs être substituée à la courroie, et les roues dentées pouvant comporter des flasques de guidage.
  • Les masses 30 et 36 pourront être règlables par adjonction ou retrait de lamelles ou plaquettes métalliques, ou par tout autre moyen susceptible de modifier leur masse ou leur barycentre.
  • La transmission avec renversement pourra se situer d'un coté quelconque de la flasque 14. L'embase 15 pourra être solidaire de l'un au moins des carters et comporter un nombre différent de trous de fixation.
  • Les roulements pourront être de type quelconque, rigides à billes, à rouleaux cylindriques, à rotule sur billes ou rouleaux, à billes à contact oblique, à rouleaux coniques, ou autres, sans sortir du cadre de la présente invention.
  • A partir d'éléments mécaniques par ailleurs connus, on réalise ainsi un vibrateur rotatif compact et léger, à masses déséquilibrées coaxiales, dont la force excitatrice est unidirectionnelle, de direction et d'amplitude prédéterminées.

Claims (6)

  1. Vibrateur rotatif comprenant un moteur (43) et son arbre (27), caractérisé en ce que deux masses semblables (30,36) déséquilibrées en rotation sont toutes deux supportées par l'arbre moteur (27), celui-ci entraînant la masse (30) en rotation directe, et la masse (36) en rotation opposée et à même vitesse par l'intermédiaire d'une transmission avec renversement (50) de rapport a et d'une transmission sans renversement (51) de rapport 1/a, les-dites transmissions fonctionnant sans glissement, le moteur (43), l'arbre (27), les masses (30,36) une plaque support (14) et les transmissions (50,51) étant contenus dans des carters (1,9) pour constituer un appareil monobloc à embase de fixation (15).
  2. Vibrateur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre moteur (27) est supporté par la plaque support (14), les masses (30) et (36) étant positionnées sur l'arbre (27) de part et d'autre de la plaque support (14), chacune des transmissions (50,51) étant interposée entre la plaque support (14) et l'une des masses (30) ou (36).
  3. Vibrateur rotatif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la transmission sans renversement (51) est composée d'une roue dentée (41) solidaire d'un arbre de rappel (39) monté sur la plaque support (14), d'une roue dentée (37) centrée sans contact sur l'arbre (27) et solidaire de la masse (36) montée sur le roulement (34) de l'arbre moteur (27), les roues dentées (41,37) étant reliées entre elles par une courroie (42) à simple denture.
  4. Vibrateur rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la transmission avec renversement (50) est composée d'un pignon (32) solidaire de l'arbre moteur (27), engrenant sur un pignon (40) solidaire de l'arbre de rappel (39).
  5. Vibrateur rotatif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la transmission avec renversement (50) par pignons est autolubrifiante.
  6. Vibrateur rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la transmission avec renversement (50) est composée d'une roue dentée (46) solidaire de l'arbre moteur (27), d'une roue dentée (47) solidaire de l'arbre de rappel (39), de deux galets de rappel dentés (48), les roues dentées (46,47) étant reliées en renversement par une courroie (49) à double denture.
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