EP0665064B1 - Vibrateur rotatif unidirectionnel - Google Patents

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EP0665064B1
EP0665064B1 EP94630004A EP94630004A EP0665064B1 EP 0665064 B1 EP0665064 B1 EP 0665064B1 EP 94630004 A EP94630004 A EP 94630004A EP 94630004 A EP94630004 A EP 94630004A EP 0665064 B1 EP0665064 B1 EP 0665064B1
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shaft
transmission
integral
masses
reversing
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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 device vibrating which allows very conditions of use appreciably improved vis-à-vis the achievements currently known in the art.
  • two rotary vibrators similar to unbalanced masses, and sense of opposite rotation can be used, in such a way that the vibrational forces generated by each vibrator combine by reciprocal cancellation of the components transverse, into a resulting sinusoidal force of constant direction.
  • this device requires two vibrators, these must be precisely assembled, generally symmetrical relative to the organ to be put in motion, at the risk of compromising synchronism vibrators.
  • Another way to apply a vibrational force unidirectional to a machine consists in using a vibrator with unbalanced masses also distributed on two parallel axes, the so-called axes being interconnected by a set of toothed wheels, one of the axes being itself linked to a unit motor, most often electric, distinct from the vibrating unit.
  • the axes rotating in opposite directions, the unbalanced masses generate in the same way that previously a resultant sinusoidal force and constant direction.
  • This device also requires two separate units, the vibrating unit itself relatively bulky and expensive, since having two axes, or four levels of rotation.
  • a third mode of vibratory excitation unidirectional is the electromagnetic vibrator. Given the generally low amplitudes generated by this type of vibrator, their weight is close to the half the weight to vibrate, making them devices particularly heavy and expensive.
  • a vibrating unit allowing the generation of a unidirectional sinusoidal vibratory force from from a single axis lead to unbalanced masses is disclosed in FR-A-567,084 and DE-U-1,841,635 which describes a vibrator according to the precharacterizing part of the first claim and whose masses are arranged on one sides of a divider plate and transmissions are on the other side of this plate.
  • the present invention provides a rotary vibrator having a mounting base and comprising a motor and its shaft and two similar masses unbalanced in rotation, one of these masses being supported by the motor shaft, the latter driving this mass in rotation direct, and the other mass in opposite rotation and at the same speed via a transmission with reversal of ratio a and a transmission without reversal of ratio 1 / a , the said transmissions operating without sliding, the shaft , the masses, a support plate and the transmissions being contained in casings fixed to the support plate, characterized in that the shaft is supported by the support plate and also supports the other mass, in that each of the transmissions is interposed between the support plate and one of the masses, and in that the motor is arranged in one of the casings to constitute a one-piece device.
  • This vibrator has the advantage of being light and have a small footprint.
  • the vibrating unit and the drive unit are easily combined into one apparatus.
  • the transmission without overturning consists of a wheel toothed integral with a return shaft mounted on the plate support, a gear wheel centered without contact on the shaft and integral with the mass driven in opposite rotation which is mounted on a bearing of the motor shaft, the wheels toothed being connected together by a single belt teeth and the transmission with overturning is composed a pinion secured to the motor shaft, meshing on a pinion secured to the return shaft.
  • This transmission with pinion reversal is preferably self-lubricating.
  • the overturn transmission consists of a wheel toothed integral with the motor shaft, a toothed wheel integral with the return shaft, two return rollers toothed, the gear wheels being connected in inversion by a double-toothed belt.
  • the transmission ratios are equal to the unit.
  • the vibrator considered comprises a casing 1 in which are machined the bearing housing 2, the faces 3 and 4, as well as the groove 6.
  • the casing 1 further comprises threaded blind holes 7 in the bosses 8.
  • a second casing 9 presents the machined faces 10 and 11, the groove 12 and the smooth bores 13 in blind hole match 7.
  • a circular flange 14 is integral with a base 15, comprising two bearing faces 16 and two mounting holes 17 for fixing bolts no shown, 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 includes the shoulders 18 and 19, the bearing housings 20 and 21, as well as smooth bores 22 in correspondence with bores 13 of the casing 9, and of the threaded holes 7 of the casing 1.
  • the central housing 20 of the flange 14 receives a ball bearing 26 in which the shaft takes place motor 27, supported on the other hand by the ball bearing 28 housed in the housing 2 of the casing 1.
  • the motor shaft 27 On one side of the flange 14, the motor shaft 27 has a shoulder 29 against which a mass is supported 30 of semi-circular shape, integral in rotation with the motor 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 on 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 wheel to rotate toothed 37 via a single belt toothing 42.
  • the toothed wheel 37 is integral with the mass semicircular 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, ratio 1, and sliding-free, self-lubricating, shown in figure 2.
  • the toothed wheels 41 and 37, and the belt to single toothing 42 constitute the transmission without reversal 51, of ratio 1, also operating without slip, shown in Figure 3.
  • the motor shaft 27 supports the rotor of a motor electric 43 housed in the housing 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 gear 41, in the opposite direction to the shaft motor 27.
  • the toothed wheel 41 rotates the wheel tooth 37 and mass 36, via 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 with respect to a vibration axis 45, passing through the center of rotation and coinciding with the axis of symmetry of the masses when they are in the conjunction position.
  • Figures 2, 3 and 4 show the case particular where the axis of vibration 45 coincides with the axis of symmetry 44, FIG. 4 representing the position of conjunction of masses 30 and 36 after a rotation of one turn around.
  • FIG. 5 represents the position of the masses 30 and 36 at any time t , in the case where the vibration axis 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 along the direction of the axis of vibration 45 into a component Fv , and along the direction perpendicular to the axis 45 into 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.
  • Figure 6 shows a assembly in which the transmission with overturning 50 consists of toothed wheels 46 and 47, two rollers return teeth 48 and a double toothed belt 49 ensuring transmission with reverse gear 1, between the motor shaft 27 and the return shaft 39.
  • the pinions, wheels toothed, belts may have characteristics any training, as long as the reports are respected, and will be made of steel or any other suitable metal or alloy, or any resin synthetic, plastic or composite, or a any combination of the above.
  • a belt transmission may include a tension roller, a chain that can also be substituted for the belt, and the gears being able to have guide flanges.
  • Weights 30 and 36 can be adjustable by adding or removing coverslips or plates metallic, or by any other means likely to modify their mass or barycenter.
  • the overturn transmission may locate on any side of the flange 14.
  • the base 15 may be integral with at least one of the housings and have a different number of mounting holes.
  • the bearings can be of any type, rigid ball, cylindrical roller, spherical on balls or rollers, angular contact balls, roller conical, or other, without departing from the scope of this invention.

Landscapes

  • 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)

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, leurs poids est voisin de la moitié du poids à vibrer, ce qui en fait des appareils particulièrement lourds et onéreux.
Une unité vibrante permettant la génération d'une force vibratoire sinusoïdale unidirectionnelle à partir d'un seul axe entraínent des masses déséquilibrées est divulgué dans FR-A-567,084 et DE-U-1 841 635 qui décrit un vibrateur selon la partie précaractérisante de la première revendication et dont les masses sont disposées sur l'un des côtés d'une plaque de séparation et les transmissions se trouvent sur l'autre côté de cette plaque.
La présente invention fournit un vibrateur rotatif ayant une embase de fixation et comprenant un moteur et son arbre ainsi que deux masses semblables déséquilibrées en rotation, l'une de ces masses étant supportée par l'arbre moteur, celui-ci entraínant cette masse en rotation directe, et l'autre masse en rotation opposée et à même vitesse par l'intermédiaire d'une transmission avec renversement de rapport a et d'une transmission sans renversement de rapport 1/a, les dites transmissions fonctionnant sans glissement, l'arbre, les masses, une plaque support et les transmissions etant contenus dans des carters fixés à la plaque support, caractérisé en ce que l'arbre est supporté par la plaque support et supporte aussi l'autre masse, en ce que chacune des transmissions est interposée entre la plaque support et l'une des masses, et en ce que le moteur est disposé dans l'un des carters pour constituer un appareil monobloc.
Ce vibrateur a l'avantage d'être léger et de présenter un faible encombrement. L'unité vibrante et l'unité motrice sont aisément combinées en un seul appareil.
Selon un mode d'exécution avantageux la transmission sans renversement est composée d'une roue dentée solidaire d'un arbre de rappel monté sur la plaque support, d'une roue dentée centrée sans contact sur l'arbre et solidaire de la masse entrainée en rotation opposée qui est montée sur un roulement de l'arbre moteur, les roues dentées étant reliées entre elles par une courroie à simple denture et la transmission avec renversement est composée d'un pignon solidaire de l'arbre moteur, engrenant sur un pignon solidaire de l'arbre de rappel. Cette transmission avec renversement par pignons est de préférence autolubrifiante. Selon un autre mode d'exécution avantageux la transmission avec renversement est composée d'une roue dentée solidaire de l'arbre moteur, d'une roue dentée solidaire de l'arbre de rappel, de deux galets de rappel dentés, les roues dentées étant reliées en renversement par une courroie à double denture.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les rapports de transmission sont égaux à l'unité.
D'autres caractéristiques d'un vibrateur établi conformément à l'invention, apparaítront 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 ayant une embase de fixation (15) et comprenant un moteur (43) et son arbre (27) ainsi que deux masses semblables (30, 36) déséquilibrées en rotation, l'une de ces masses étant supportée par l'arbre moteur (27), celui-ci entraínant cette masse (30) en rotation directe, et l'autre 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, l'arbre (27), les masses (30, 36), une plaque support (14) et les transmissions (50, 51) étant contenus dans des carters (1, 9) fixés à la plaque support (14), caractérisé en ce que l'arbre (27) est supporté par la plaque support (14) et supporte aussi l'autre masse (36), en ce que chacune des transmissions (50, 51) est interposée entre la plaque support (14) et l'une des masses (30, 36), et en ce que le moteur (43) est disposé dans l'un des carters (1, 9) pour constituer un appareil monobloc.
  2. Vibrateur rotatif selon la revendication 1, 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) entraínée en rotation opposée qui est montée sur un roulement (34) de l'arbre moteur (27), les roues dentées (41, 37) étant reliées entre elles par une courroie (42) à simple denture.
  3. Vibrateur rotatif selon la revendication 2, 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).
  4. Vibrateur rotatif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la transmission avec renversement (50) par pignons est autolubrifiante.
  5. Vibrateur rotatif selon la revendication 2, 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.
  6. Vibrateur rotatif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les rapports de transmission sont égaux à l'unité.
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