La présente invention est relative à un mécanisme de transmission du type bielle-manivelle, muni d'un dispositif d'équilibrage dynamique. 5 Plus particulièrement, l'invention concerne aussi une machine de coupe munie d'un bloc de coupe monté sur un tel mécanisme.

Un mécanisme bielle-manivelle peut servir à animer une masse, fixée au bout libre de la bielle, d'un mouvement rectiligne oscillant. Dans ce mouvement, des efforts et des couples alternatifs agissent sur l' rticula¬ it, tion fixe de la manivelle. Ces efforts et ces couples alternatifs engen¬ drent des vibrations qui affectent évidemment défavorablement le fonction¬ nement du mécanisme. Divers dispositifs de stabilisation ont été conçu au moins, pour supprimer ces vibrations ou, ipour en réduire l'importance.

Ces efforts et couples variables responsables des vibrations des

15 mécanismes bielle-manivelle doivent être particulièrement bien équilibrés quand ces mécanismes sont incorporés à des machines de production fonction nant à des cadences rapides, comme c'est le cas, par exemple, des machines de coupe équipées de blocs de coupe ou de perforation oscillants, pour tôle, papier, carton, films, etc. En effet ces vibrations, entre autres

20 inconvénients, limitent la cadence pratique de production de la machine compatible avec un niveau sonore acceptable, provoquent une usure accélé¬ rée des pièces affectées par ces vibrations et sont à l'origine de jeux responsables d'une mauvaise reproductibilité des mouvements des pièces, incompatible avec les tolérances de coupe requises des machines de haute

25 précision.

Pour empêcher ces vibrations, une première solution consiste à assu¬ rer une stabilisation "statique" par masses, en montant le mécanisme bielle-manivelle sur un fort bâti et/ou sur des fondations lourdes. Cette solution présente néanmoins l'inconvénient d'exiger l'installation d'un 0 matériel lourd et encombrant, sans pour autant empêcher l'usure des paliers et autres organes soumis à des efforts variables.

Une deuxième solution consiste à assurer une stabilisation par iso¬ lation et par amortissement à l'aide de ressorts, de blocs de caoutchouc ou de coussins d'air. Malheureusement ce type de stabilisation n'est 5 efficace que pour une certaine vitesse de rotation de la manivelle et ne convient donc pas à un mécanisme où l'on souhaite justement faire varier cette vitesse, comme c'est le cas notamment dans les mécanismes destinés

à supporter des blocs de coupe oscillants, adaptables à des travaux de coupe ou de perforation variés.

Une troisième solution, établissant un équilibrage "dynamique", met en jeu un volant d'inertie qui tourne avec la manivelle autour de l'axe de rotation de celle-ci, pour "lisser" les variations du couple agissant sur cet axe. Ce moyen ne résout pas pour autant le problème de l'équili¬ brage des efforts alternés appliqués sur l'axe de rotation.

Une autre solution consiste à équilibrer, autant que possible, tous les efforts et/ou couples qui provoquent les vibrations. Pour cela on peut raccorder la tête de manivelle à une ou plusieurs autres masses mobiles, agencées de manière à annuler ou réduire efforts et couples agissant sur l'axe de rotation fixe de la manivelle. C'est l'équilibrage "dynamique" adopté notamment dans les moteurs à pistons,. en "étoile" ou en "V". Un mécanisme simple de ce type comprend deux masses mobiles sur deux axes orthogonaux, ces masses étant reliées par des bielles à la tête d'une manivelle tournant autour de l'intersection des axes. On obtient ainsi un équilibrage satisfaisant des couples à l' intersection des axes. Par contre les efforts en ce point ne sont pas équilibrés. En outre les masses mobiles sont le plus souvent guidées sur leurs axes par des paliers qui sont sujets à une usure rapide, dans les machines à grande cadence de fonctionnement.

La présente invention a pour but de réaliser un mécanisme de trans¬ mission bielle-manivelle équipé d'un dispositif d'équilibrage de ce dernier type, qui ne présente aucun des inconvénients mentionnés ci-dessus On atteint ce but avec un mécanisme de transmission du type com¬ prenant une première bielle montée entre une mass'e M. mobile en transla¬ tion et une manivelle tournant autour d'un axe de rotation fixe. Suivant l'invention, il comprend en outre (1) une deuxième bielle montée entre une deuxième masse mobile M„ et l'articulation commune à la première bielle et à la manivelle de manière que les couples dus aux masses M- et M sur l'axe de rotation fixe s* équilibrent, et (2) un contrepoids de masse m monté sur la manivelle de manière à équilibrer la résultante des réactions aux efforts appliqués par les masses M. et M sur l'arti¬ culation commune aux deux bielles. Au dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple :

- la figure 1 est un schéma d'un mécanisme de transmission bielle- manivelle classique,

- la figure 2 est un schéma d'un mécanisme du type de celui de la figure 1, perfectionné par l'adjonction d'un dispositif d'équilibrage dynamique suivant l'invention,

- la figure 3 est un schéma partiel d'une variante du mécanisme de la figure 2 et,

- la figure 4 représente un mode de réalisation préféré du méca- nLs e de la figure 2.

. Le mécanisme de transmission classique de la figure 1 comprend une manivelle OB de longueur R ₁ qui tourne auteur d'un axe 0. Cette manivell est raccordée à une masse M., par une bielle ΛB articulée en B sur la manivelle et en Λ sur la masse M... Celle-ci est guidée sur une trajectoi recti ligne d'axe Ox, par des moyens connus non représentés.

Si on .suppose que la longueur de la bielle AB est grande par rappo à celle de la manivelle OB, l'élongation _ du centre de gravité G de la masse M. quand la manivelle tourne à la vitesse angulaire c est : par rapport au centre de la course de M..

L'effort F_ transmis en B vaut donc approximativement :

^Λ ° ¹ dt ^l

C'est un effort alternatif. Le couple en 0 vaut :

— ^* » II change de sens quatre fois par tour. Les variations périodiques de F ₁ et C entraînent des vibrations et des difficultés de régulation de vitesse .

Suivant un premier mode de réalisation de l'invention (voir figure 2 on pallie ces inconvénients en ajoutant, au mécanisme bielle-manivelle classique, un dispositif d'équilibrage constitué :

(1). 'une deuxième bielle BC qui déplace en C une masse M , sur la perpendiculaire Oy à l'axe d'oscillation Ox de la masse M-,

(2) d'un contrepoids m placé sur la manivelle OB de manière que m et B soient de part et d'autre de 0. La masse M peut être guidée sur Oy par des paliers. Cependant une telle solution implique une usure des puces par frottement sur ces paliers. On évite cet inconvénient en montant la masse M„ sur une manivelle CD, comme sch é atisé à la figure 2. En choisissant une manivelle

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4 de longueur suffisante, on définit pour M une course quasi-rectiligne, sans faire usage de paliers.

Si on suppose que la longueur de la bielle BC est grande par rapport à celle de la manivelle OB, l'effort transmis en B par la bielle BC sera :

2 F _-_ -M _? R . <-θ • cosωt

' ce qui donne en O un couple C:

C __. F x R- sinwt = sin 2u>t

Le couple C sera équilibré si Ici = JC'| soit si : ^M 2 ^{* M} l ⁽¹⁾

Le schéma partiel de la figure 3 correspond à un autre mode de réalisation de 1 ' invention _; dans lequel la masse d'équilibrage M„ est remplacée par un volant d'inertie I, qui tourne autour de D et qui est connecté en C à la bielle BC, C se trouvant sur la perpendiculaire Oy à l'axe Ox/ Dans ce cas on aura équilibrage des couples en 0 si ;

^* = ^* M, avec (CDl = R-,

__.. " — "3

R ₃

L'utilisation d'un volant à la place d'une masse M„ (bien que créa des efforts alternés en D) est d'exécution plus simple et permet de choisir la position d'équilibre du mécanisme à l'arrêt, par décalage du centre de gravité par rapport au centre de rotation (grâce à l'adjonction de asselottes réglables).

Ainsi, on peut obtenir l'équilibrage du couple en 0, et donc la suppression des vibrations dues à un couple périodique, à l'aide d'une masse M„ à guidage rectiligne ou pseudo-rect iligne (par bielle, par parallélogramme, par guidage "d "Evans", etc.).

Pour supprimer toute vibration, il convient d'équilibrer aussi les efforts périodiques sur le palier O. Ce but est atteint, dans les dispo¬ sitifs d'équilibrage des figures 2 et 3, à l'aide d'un contrepoids m monté sur la manivelle qui tourne en 0. Sur les figures 2 et 3, F. et F représentent les efforts dus aux masses M- et M , respectivement. Ces efforts engendrent en B sur la mani

_ » -_ _* velle des réactions -F. et -F telles que : î F ^* | ~ M ω . sinα>t

2 2 |F ₂ J — M ₂ R ₁ _j . cosωt = M R^ . cosωt,cir M.=M,, le couple étant équilibré comme on l'a vu plus haut (voir relation (D).

La composition de ces deux réactions donne une résultante F telle

R que

IF f _^ M-R- (en tenant compte des approximations énoncées R i l . , » ci-dessus;

Il s'agit d'une force tournante colinéaire à OB puisque le couple en 0 est nul.

On- ^' peut donc équilibrer cette force F à l'aide d'un contrepoids m

R monté en E ( |0E\ = R„) sur la manivelle qui tourne en 0, de manière à

^L → développer une force centrifuge F telle que :

F* + F* = 0 c R

On atteint ce résultat quand : m R„ = M R ₁ (2)

Ainsi, aux approximations faites près, on équilibre efforts et couples en 0 à l'aide :

(1) d'une masse M-, = ^* M , ou d'un volant d'inertie équivalent, exerçant en B un effort qui crée un couple en 0 tel qu'il équilibre celui dû â la masse M ₅ et,

(2) d'un contrepoids m placé en E sur la manivelle du mécanisme à une distance OE = R ^* telle que mR = M R

Cet équilibrage complet supprime les vibrations qui sont engendrée par des efforts et couples alternatifs.

On a représenté à la figure 4, un mode de réalisation préféré d'u mécanisme de transmission bielle-manivelle, muni d'un dispositif d'équi¬ librage suivant l'invention. Ce mécanisme sert, dans une machine de coupe à déplacer un bloc de coupe de films photographiques ,de référence généra 1. Ce bloc de coupe 1 est monté oscillant sur un support monté en paral¬ lélogramme (2,3) dont les bras 2 et 3 sont respectivement articulés sur le bâti en 4 et 5, et sur le bloc 1 en 6 et 7. Un tel support ne comprend que. des articulations et n'est donc pas sujet à l'usure par frottement qui affecte à la longue les supports du type palier, sur lesquels glissen les pièces à guider.

Le mécanisme de transmission comprend une bielle 8 qui est articulé en 9 sur une pièce solidaire du bloc 1. La "manivelle" est constituée par un disque 10 qui tourne autour d'un axe 11. Une extrémité de la bielle 8 s'articule sur ce disque autour d'un axe 12 excentré. Le disque porte une masselotte d'équilibrage m formant contrepoids, centrée dans le plan des axes 11 et 12.

Une deuxième bielle 13 s'articule à une extrémité sur l'axe 12 et, à l'autre extrémité, sur un axe 14 solidaire d'un disque M„ plvitant autour d'un axe excentré 16.

fr Λ-f

Le bloc de coupe 1, de masse globale M-, comprend un support 17 duquel déborde une potence 18 qui guide un couteau 19 mobile verticaleme Ce couteau coopère avec un contre-couteau 20 fixé directement sur le support 17. Le couteau 19 est actionné par une bielle 21 montée,à une extrémité, en 22 sur le couteau 19 et, à l'autre extrémité, sur l'axe excentré 12.

Quand le disque 10 tourne sous l'action d'un moteur (non représent la bielle 21 communique un mouvement vertical oscillant au couteau 19, qui coopère alors avec le contre-couteau 20 pour couper "au vol" un fil défilant suivant l'axe de la flèche F, sous l'action de moyens d'entraî¬ nement (non représentés). En effet, grâce à la bielle 8, le bloc de coup 1 "suit" le film pendant la coupe.

En comparant ce mode de réalisation au schéma de la figure 2, on remarque que le pied 14 de la bielle 13 est décalé à gauche du plan des axes 11 et 16 correspondant à l'axe Oy de la figure 2. Ce décalage, par rapport à -la position sur l'axe Oy du pied de bielle C de la figure 2, répond à des caractéristiques particulières du mode de réalisation de l figure 4.

Le décalage permet, d'une part, de définir une position d'équilibr du mécanisme au repos (position basse du disque M„). D'autre part il tie compte de la présence d'une masse animée d'un mouvement vertical oscilla (le couteau 19 et la bielle 21). Enfin, ce décalage permet de corriger les effets de l'utilisation d'une bielle 8 dont le rapport de la longueu à celle de la manivelle (11,12) est un peu faible, par rapport à celui pris en compte dans les calculs développés plus haut.

Il est clair que, en dehors des ajustements décrits ci-dessus, qu sont du domaine de l'homme de métier, l'équilibrage des efforts et coup autour de l'axe 11 s'opère comme décrit et représenté en liaison avec l figure 2, où l'axe 0 joue le rôle de cet axe 11. Grâce au dispositif d'équilibrage qui équipe le mécanisme de trans mission suivant l'invention, on a pu faire fonctionner un bloc de coupe de 25 kg à 1200 coups/minute, sur une course d'une amplitude de 3,5 cm, sans vibration et avec un bruit modéré. Sans ce dispositif d'équilibrage la cadence aurait été limitée à 300 ou 400 coups/minute environ. On remarquera aussi que l'équilibrage obtenu ne dépend pas de la vitesse de rotation de l'axe 0 (figures 2 et 3). On peut donc faire varier cette vitesse (et donc la cadence de la coupe) sans altérer l'éq librage du mécanisme.

En outre, le couple en 0 étant nul, la puissance d'entraînement

- ^.

nécessaire est limitée à l'absorption des pertes par frottement. L'équili¬ brage permet aussi de réduire l'usure des paliers en 0.

Le dispositif d'équilibrage suivant l'invention se prête facilement à une variation du rayon R.. de la manivelle OB. Une telle variation est utile, par exemple, quand il faut adapter la course d'un bloc de coupe à un nouveau format de coupe. Cette variation du rayon R- n'altérera pas l'équilibrage établi si on maintient R- et R dans le rapport :

(voir re la t ion ( 2) ) ,

M,

"2 ^" 1

On pourra adapter R„ à la nouvelle valeur de R, en montant la masselotte m et l'articulation B sur un moyen tel qu'un mécanisme compre¬ nant deux vis OE et OB de pas contraire, de telle manière que m et B s'écartent ou se rapprochent de l'axe O dans les proportions voulues.