FR2606110A1 - Dispositif pour compenser une force vibratoire ou un couple vibratoire subi par un corps - Google Patents

Dispositif pour compenser une force vibratoire ou un couple vibratoire subi par un corps Download PDF

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Abstract

LE DISPOSITIF DE COMPENSATION D'UNE FORCE VIBRATOIRE CONSISTE A UTILISER QUATRE MASSES TOURNANTES 1 A 4 A AXES PARALLELES ET SITUEES DANS UN MEME PLAN P. LES MASSES SONT SYMETRIQUES DEUX A DEUX PAR RAPPORT A UN PLAN PERPENDICULAIRE AU PLAN P ET PASSANT PAR LA LIGNE DE FORCE D DE LA FORCE VIBRATOIRE F A COMPENSER, DONC CONTREROTATIVES. POUR COMPENSER UN COUPLE VIBRATOIRE, ON UTILISE QUATRE MASSES TOURNANTES 15 A 18 A AXES 19 A 22 PARALLELES A UN AXE D ET DEUX A DEUX SYMETRIQUES PAR RAPPORT A CET AXE D, DONC COROTATIVES.

Description

Dispositif pour compenser une force vibratoire ou un couple vibratoire subi par un corps.
La présente invention concerne un dispositif pour compenser soit une force vibratoire, soit un couple vibratoire subi par un support d'un organe mécanique susceptible d'engendrer de telles vibrations, par exemple un moteur diesel.
Ainsi, l'invention a pour premier objet un dispositif pour compenser une force vibratoire F subie par un corps, caractérisé en ce qu'il comporte quatre masselottes tournantes excentrées, situées dans un même plan P contenant la force F à compenser, chaque masselotte étant entrainée par un moteur électrique, les axes de rotation des masselottes étant parallèles, perpendiculaires au plan P et liés audit corps, les quatre masselottes comprenant une première paire de masselottes tournant en sens inverse l'une par rapport à l'autre et dont les axes de rotation sont symétriques par rapport à un plan P1 contenant la force F et perpendiculaire au plan P, et une deuxième paire de masselottes tournant en sens inverse l'une de l'autre et dont les axes de rotation sont symétriques par rapport audit plan P1, les quatre masselottes tournant à la même vitesse N, les masselottes de la première paire générant chacune une force tournante F1 située dans le plan P, et se décomposant en une première composante parasite, sinusoidale, selon un axe perpendiculaire au plan P1 et en une seconde composante utile, sinusoidale sur l'axe < formé par l'intersection des plans P et P1, confondu avec la ligne d'application de la force F, les composantes parasites des forces tournantes de ladite première paire se compensant l'une l'autre et les composantes utiles étant en phase et de même amplitude, les masselottes de la seconde paire générant également deux forces tournantes situées dans ledit plan P et se décomposant chacune également en une première composante parasite, sinusoidale selon un axe perpendiculaire au plan P1 et en une seconde composante utile, sinusoldale sur ledit axez les composantes parasites des forces tournantes de ladite seconde paire se compensant l'une l'autre et les composantes utiles étant en phase et de même amplitude et étant déphasées d'un angle F par rapport aux composantes utiles des forces tournantes de la première paire, au moins un accéléromètre étant lié au dispositif, fournissant un signal traité par un filtre de Kalman dont la sortie fournit un signal représentatif de la fréquence, de l'amplitude et de la phase par rapport à une référence, du système vibrant total comprenant le corps et ledit dispositif, ledit signal étant envoyé vers un calculateur de commande de la vitesse desdits moteurs et de la valeur dudit angle e, dont le signal de sortie est comparé à la vitesse et à la position mesurées desdits moteurs, le résultat de la comparaison fournissant pour chaque moteur, une tension d'alimentation.
L'invention a aussi pour objet un dispositif pour compenser un couple vibratoire subi par un corps, caractérisé en ce qu'il comprend quatre masselottes tournantes excentrées tournant à la même vitesse N, chaque masselotte étant entrainée par un moteur électrique, les axes de rotation des masselotttes étant parallèles au vecteur moment du couple vibratoire à compenser et étant liés audit corps, les quatre masselottes comprenant une première paire de masselottes tournant l'une et l'autre dans le même sens dans un même plan P2 et dont les axes de rotation sont symétriques par rapport à un axe D, et une deuxième paire de masselottes tournant l'une et l'autre dans le même sens dans un même plan P3 et dont les axes de rotation sont symétriques par rapport à l'axe D, les masselottes de la première paire générant deux forces tournantes F2 situées dans le plan P2 et constituant un simple couple appelé premier couple dont le vecteur moment est dirigé parallèlement à l'axe D et dont le module est sinusoidal, les masselottes de la seconde paire générant également deux forces tournantes F2 situées dans le plan P3 constituant un simple couple appelé second couple dont le vecteur moment est dirigé parallèlement à l'axe D et dont le module est sinusoidal, les modules des premier et second couples étant déphasés d'un angle 1 l'un par rapport à l'autre, au moins un accéléromètre étant lié au dispositif fournissant un signal traité par un filtre de Kalman dont la sortie fournit un signal représentatif de la fréquence, de l'amplitude et de la phase par rapport à une référence du moment du couple vibratoire résultant total, ledit signal étant envoyé vers un calculateur de commande de la vitesse desdits moteurs et de la valeur dudit angle dont le signal de sortie est comparé à la vitesse et à la position mesurées desdits moteurs, le résultat de la comparaison fournissant pour chaque moteur une tension d'alimentation.
L'invention va maintenant être décrite en se reportant au dessin annexé dans lequel
La figure 1 est une représentation schématique théorique d'un dispositif pour compenser une force vibratoire selon l'invention.
La figure 2 est une représentation schématique théorique d'un dispositif pour compenser un couple vibratoire.
La figure 3 donne un exemple de montage d'un compensateur de force.
La figure 4 donne un exemple de montage d'un compensateur de couple.
La figure 5 représente un schéma de commande du dispositif.
En se référant à la figure 1, soit une force F vibratoire, située sur. un axe a, subie par un corps. Le dispositif de compensation comprend quatre masselottes identiques tournantes excentrées 1, 2, 3 et 4, entrainées chacune par un moteur électrique.
Les axes des masselottes sont parallèles et liés au corps soumis à vibration. Les axes de rotation 5 et 6 de la première paire de masselottes 1 et 2 sont symétriques l'un l'autre par rapport à un plan P1 passant par l'axe i et perpendiculaire au plan P de rotation des masselottes.
Les masselottes 1 et 2 de cette première paire tournent à la même vitesse N, en sens inverse l'une de l'autre symétriquement par rapport au plan P1 créant ainsi deux forces tournantes égales F1 dont les lignes d'action se coupent sur l'axe A et se décomposant en deux composantes parasites sinusoidales se compensant l'une l'autre de valeur F1 cos UU t et -F1 costJ t sur un axe perpendiculaire à l'axe a et en deux composantes utiles sinusoldales sur l'axe de même valeur : F1 sinW t produisant ainsi une force le long de l'axe d'une valeur égale à 2 F1 sin W t.
De même, les axes de rotation 7 et 8 de la seconde paire de masselottes 3 et 4 sont symétriques l'un l'autre par rapport au plan P1 passant par 0 et perpendiculaire au plan P. Ces masselottes 3 et 4 tournent également en sens inverse l'une de l'autre à la même vitesse N mais déphasées d'un angle e par rapport aux masselottes 1 et 2 de la première paire.Ces masselottes produisent également deux forces tournantes F1 se décomposant comme précédemment en deux composantes parasites perpendiculaires au plan P et se compensant l'une l'autre et en deux composantes utiles sur l'axe 2 de même valeur F1 sin cwt + 9) produisant sur l'axe ti un effort égal à 2F1 sin (Wt +
En définitive, le long de l'axe a on obtient deux forces dont l'une, donnée par la première paire de masselottes vaut 2F1 sinWt et l'autre, donnée par la seconde paire de masselottes vaut 2F1 sin (wt +.#). On voit donc que. l'on peut faire varier indépendemment l'une de l'autre, la fréquence de la force de compensation et l'amplitude en jouant sur le déphasage .
En pratique, on utilise des masses excentrées montées chacune à l'extrémité de l'arbre d'un moteur électrique, l'ensemble étant disposé comme le montre la figure 3. Sur cette figure, un moteur 9 est fixé sur un socle 10 qui repose sur le sol 11 par l'intermédiaire de supports 12.
Les masses 2 et 4 sont placées à l'intérieur d'une boite 13 contenant également les moteurs d'entraînement et les masses 1 et 3 sont placées à l'intérieur d'une boite 14 contenant de même les moteurs électriques d'entrainement. Ces boites sont placées symétriquement par rapport à l'effort F à compenser. Elles sont fixées sur le socle 10 et elles contiennent chacune un accéléromètre donnant les signaux permettant, par le dispositif de commande représenté figure 5, de com mander la vitesse des moteurs et de régler l'angle de déphasage #. .
Au lieu d'être disposés comme cela est représenté sur la figure 1 les axes des masselottes 1, 2, 3 et 4 pourrraient être situés dans un même plan, il suffit qu'ils soient symétriques deux à deux par rapport au plan P1 perpendiculaire au plan P passant par F.
La figure 2 montre le schéma théorique d'un dispositif compensateur de couple.
Il comporte également quatre masselottes excentrées 15, 16, 17 et 18 tournant à la même vitesse N et étant chacune entraînée par un moteur électrique autour des axes respectifs de rotation 19, 20, 21 et 22 liés au corps soumis au couple vibratoire.à compenser.
Les masselottes 15 et 16 forment une première paire. Les masselottes de cette première paire tournent dans le même sens dans un même plan P2, les axes de rotation 19 et 20 étant symétriques par rapport à un axe D qui est parallèle au vecteur moment du couple vibratoire à compenser.
En tournant, ces masselottes engendrent des forces centrifuges égales F2 générant un simple couple appelé premier couple dont le vecteur moment a une direction parallèle à l'axe D et dont le module est sinusoidal.
De la même manière, les masselottes 17 et 18 forment une seconde paire. Les masselottes de cette seconde paire tournent dans le même sens, pas nécessairement le même que celui de la première paire, dans un même plan P3 qui peut être le même ou différent du plan P2 mais parallèle. Les axes de rotation 21 et 22 étant également symétriques par rapport à l'axe D. De la même manière, les masselottes 17 et 18 sont telles et positionnées l'une par rapport à l'autre qu'elles génèrent deux forces centrifuges égales F2 constituant un simple couple, appelé second couple, et dont le vecteur moment est dirigé parallèlement à l'axe D et dont le module est sinusoIdale et déphasé d'un angle 9 1 par rapport au module du vecteur moment du premier couple.
En pratique, comme le montre la figure 4 les masselottes 16 et 18 sont regroupées dans une même boite 23 avec leur moteur d'entraînement et un accéléromètre de mesure, et les masselottes 15 et 17 sont regroupées dans une même boite 24 avec leur moteur d'entrainement et aussi un accéléromètre de mesure. Les boites 23 et 24 sont placées symétriquement par rapport au plan vertical passant par l'axe de rotation du moteur 9.
Les axes des quatre masselottes pourraient aussi être tous situés dans un même plan.
La figure 5 représente un schéma de commande aussi bien d'un dispositif générateur de force que générateur de couple.
La structure en vibration, représentée par le rectangle 25 est constituée par l'ensemble moteur et support 9-10 et par les boîtes 13-14 ou 23-24.
Cette structure en vibration, par les accéléromètres de mesure placés dans les boites de compensation 13-14 ou 23-24, fournit un signal représentatif de l'accélération subie, qui est traité par un filtre de
Kalman 26, dont la sortie fournit un signal représentatif de la fréquence, de l'amplitude et de la phase par rapport à une référence, de la vibration résultante de la structure 25 ou du moment du couple vibratoire résultant de cette structure 25. Le signal est envoyé vers un calculateur 27 de la commande de la vitesse des moteurs et de la valeur de l'angle de déphasage zazou ou
Le signal de sortie 28 est comparé dans un comparateur 29 à un signal 30 provenant de la mesure directe de la position et de la vitesse des moteurs.
La sortie 31 du comparateur 29 fournit pour chaque moteur une tension adéquate d'alimentation.

Claims (2)

REVENDICATIONS
1/ Dispositif pour compenser une force vibratoire F subie par un corps (9, 10), caractérisé en ce qu'il comporte quatre masselottes (1 à 4) tournantes, excentrées, situées dans un même plan P contenant la force F à compenser, chaque masselotte étant entrainée par un moteur électrique, les axes de rotation (5 à 8) des masselottes étant parallèles, perpendiculaires au plan P et liés audit corps, les quatre masselottes comprenant une première paire de masselottes (1, 2) tournant en sens inverse l'une par rapport à l'autre et dont les axes de rotation sont symétriques par rapport à un plan P1 contenant la force F et perpendiculaire au plan P, et une deuxième paire de masselottes (3, 4) tournant en sens inverse l'une par rapport à l'autre et dont les axes de rotation sont symétriques par rapport audit plan P1, les quatre masselottes tournant à la même vitesse N, les masselottes de la première paire générant chacune une force tournante F1 située dans le plan P, et se décomposant en une première composante parasite, sinusoidale, selon un axe perpendiculaire au plan P1 et en une seconde composante utile, sinusoidale sur l'axe ii formé par l'intersection des plans P et P1, confondu avec la ligne d'application de la force F, les composantes parasites des forces tournantes de ladite première paire se compensant l'une l'autre et les composantes utiles étant en phase et de même amplitude, les masselottes de la seconde paire générant également deux forces tournantes situées dans ledit plan P et se décomposant chacune également en une première composante parasite, sinusoidale selon un axe perpendiculaire au plan P1 et en une seconde composante utile, sinusoidale sur ledit axez les composantes parasites des forces tournantes de ladite seconde paire se compensant l'une l'autre et les composantes utiles étant en phase et de même amplitude et étant déphasées d'un anglepar rapport aux composantes utiles des forces tournantes de la première paire, au moins un accéléromètre étant lié au dispositif, fournissant un signal traité par un filtre de Kalman (26) dont la sortie fournit un signal représentatif de la fréquence, de l'amplitude et de la phase par rapport à une référence, du système vibrant total (25) comprenant le corps et ledit dispositif, ledit signal étant envoyé vers un calculateur de commande (27) de la vitesse desdits moteurs et de la valeur dudit angle , e, dont le signal de sortie est comparé (29) à la vitesse et à la position mesurées desdits moteurs, le résultat de la comparaison fournissant pour chaque moteur, une tension d'alimentation.
2/ Dispositif pour compenser un couple vibratoire subi par un corps (9, 10), caractérisé en ce qu'il comprend quatre masselottes tournantes excentrées (15 à 18) tournant à la même vitesse N, chaque masselotte étant entrainée par un moteur électrique, les axes (19 à 22) de rotation des masselotttes étant parallèles au vecteur moment du couple vibratoire à compenser et étant liés audit corps, les quatre masselottes comprenant une première paire de masselottes (15, 16) tournant l'une et l'autre dans le même sens dans un même plan P2 et dont les axes de rotation sont symétriques par rapport à un axe D, et une deuxième paire de masselottes (17, 18) tournant l'une et l'autre dans le même sens dans un même plan P3 et dont les axes de rotation sont symétriques par rapport à l'axe D, les masselottes de la première paire générant deux forces tournantes F2 situées dans le plan P2, constituant un simple couple appelé premier couple dont le vecteur moment est dirigé parallèlement à l'axe D et dont le module est sinusoïdal, les masselottes de la seconde paire générant également deux forces tournantes F2 situées dans le plan P3 constituant un simple couple appelé second couple dont le vecteur moment est dirigé parallèlement à l'axe D et dont le module est sinusoidal, les modules des premier et second couples étant déphasés d'un angle 1 1 l'un par rapport à l'autre, au moins un accéléromètre étant lié au dispositif fournissant un signal traité par un filtre de
Kalman (26) dont la sortie fournit un signal représentatif de la fréquence, de l'amplitude et de la phase par rapport à une référence, du moment du couple vibratoire résultant total, ledit signal étant envoyé vers un calculateur de commande (27) de la vitesse desdits moteurs et de la valeur dudit angle e 1' dont le signal de sortie est comparé (29) à la vitesse et à la position mesurées desdits moteurs, le résultat de la comparaison fournissant pour chaque moteur une tension d'alimentation.
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