Observations générales sur l’application des règles
DÉDUITES DE LA RÉSISTANCE DES MATÉRIAUX. LorsqUC l’on VCUt
déterminer par le calcul les dimensions des principales pièces
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d’une machine à vapeur, il faut toujours considérer les pressions qui se produisent au. commencement de la course^ et les obliquités les plus grandeSi On. peut cependant, d'une manière plus générale et pour arriver à une première évaluation, recourir aux règles suivantes qui sont: pour la plupart consacrées pour la pratique.
202. Diamètres des tiges de pistons* Watt chargeait ses üges de piston de 100 kilogrammes seulement par centimètre carré, et dans les locomotives on arrive aujourd'hui, jusqu'à 500 et môme 550 kilogrammes. Les raisons de ces différences tiennent pour beaucoup à la grande longueur des tiges de piston, dans les machines à balancier, et aux perfectionnements apportés depuis lors dans le travail, des pièces de métal.
Suivant que la tige sera plus courte, et suivant qu'elle sera ^ mieux guidée,, on. s’éloignera du. chiffre de Watt,, en admettant des charges qui pourront varier de 2 à 300 kilogrammes.
Le maxhnum de 500 kilogrammes ne devra, être adopté que pour, des matériaux de choix, et lorsque , des circonstances particulières feront désirer d'alléger, autanfque. possible, le poids de la machine.
Certaines tiges de pistons de machines locomotives résistent, en service courant à une charge de 1000 kilogrammes par centimètre carré.
205. Section des bielles. Les bielles soumises à des efforts obliques sont toujours un peu renforcées par rapport aux tiges de piston.
Dans les machines à balancier, leur section minima ne sup- , porte pas plus de 35 kilogrammes pour des bielles en fonte, et. de 100 kilogrammes pour des bielles en fer.
Aujourd'hui on charge les bielles à peu près autant que les liges de piston, et l'on augmente leurs dimensions au milieu dans le rapport de 1,1 ou de 1,5 selon que le rapport entre la longueur de la bielle et son diamètre aux extrémités varie de 5 à 35. .
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Les meilleures bielles sont celles qui' sont faites en fer, et on n’en emploie plus d'autres pour les machines à bièlie directe.
2M. Dimensions des boutons de manivelxb. Le bouton de manivelle est une pièce courte dont la longueur ne dépasse pas 1,25 fois le diamètre et qui placée la plupart du temps en porte à faux résiste au cisaillement que tendrait à produire l’effort total de traction.
Watt admettait que la section de rupture devait être calculée à raison de 50 kilogrammes par centimètre carré. Les expériences de M. Fairbairn démontrant que le cisaillement n’a lieu que sous une chaire de 43 kilogrammes par millimètres carrés, il n’y a aucun inconvénient à diminuer les dimensions qui seraient calculées par la règle de Watt, et l’on pourra continuer à se servir de la même méthode en portant à 100 et mèhie à 1 20 kilogrammes la charge par centimètre carré.
Cette méthode nous parait préférable à celle qui ferait reposer le mode de calcul des tourillons sur la racine cubique de la pression.
283. Duhètres des arbres. Les tourillons des arbres moteurs sont en général d’un diamètre un peu plus grand que celui des boutons de manivelle ; mais l’arbre lui-mème devant résister à des efforts de torsion son diamètre doit être calculé par une formule différente.
d=16i/? ou d=19t/5 y m y m
suivant que cet arbre est construit en fer ou en fonte. Dans cette formule d représente le diamètre en centimètres, N le nombre de chevaux de 75 kilogrammes développés sur le piston, m le nombre de tours de l’arbre par minute.
La pratique a déterminé sous ce rapport l’adoption de dimensions bien plus grandes que celles usitées antérieurement, et l’on peut attribuer cette différence tout à la fois à la sécurité plus grande que les constructeurs veulent assurer à cet égard et à la longueur relativement plus grande de l’arbre de
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la plupart des machines actuelles, comparées aux machines de Watt.
296. Dimensions des manivelles. Le diamètre du tourillon de Tarbre du volant et celui du bouton de la manivelle étant déterminé par les règles précédentes, les autres dimensions de la manivelle en sont la conséquence.
L’épaisseur du métal autour du bouton de la manivelle est égale au rayon de ce boulon; et, en représentant le diamètre du tourillon du volant par 10 et celui du boulon de la manivelle par rt, les autres dimensions ont les proportions indiquées par les figures ci-contre.
Nous ajouterons toutefois que, pour les grandes machines surtout, on préfère aujourd’hui augmenter la largeur des paliers, on leur donne souvent une largeur égale au double de leur diamètre, et celte proposition est souvent dépassée dans de très-bonnes constructions.
Fig.
Fig. 4%.
207. Balanciers. Bien que le nombre des machines à balancier ne suive pas la même progression que celui des autres machines, il est nécessaire de donner quelques indi-
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cations sur les dimensions de la pièce principale qui sert à tes dénommer :
Généralement les règles posées par Walt ont été conservées.
La distance horizontale entre la verticale, formée par la tige du piston et celle qui passe par l'axe de la manivelle, est généralement égale à trois fois la course du piston.
La distance entre les centres des articulations des extrémités du balancier est égale à environ trois fois la longueur de la course du piston.
Le rapport entre la hauteur et l’épaisseur au milieu est généralement celui de 1 à 16.
Quant aux dimensions elles-mêmes, voir la Résistance des matériaux, etc.
Volante.
208. Objet des volants. Les volants ont pour but de régulariser le mouvement des machines, et de rcsseiTcr entre des limites convenables les variations périodiques de leur vitesse.
On ne doit donc les employer que dans les trois cas suivants :
1° Si la puissance a une vitesse périodiquement variable, comme dans les machines à vapeur, les manivelles mues par des hommes, etc. ;
2* Si la résistance éprouvée par l’outil est périodiquement variable, ou n’agit qu’à certains instants du mouvement, comme dans les laminoirs, les marteaux, les scieries, les machines à découper, etc.;
3* Si la puissance et la résistance sont à la fois variableâ ou intermittentes.
On doit placer le volant le plus près possible de la pièce dont le mouvement est variable ou l’action intermittente.
Le degré de régularité que doit produire un volant dépend
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de l’objet auquel on le destine, de la nature des outils à employer, des produits à obtenir, etc.
Pour simplifier la solution de la question de l’établissement des volants, on néglige ordinairement l’influence régulatrice de leurs bras, et on détermine seulement le poids qu’il convient de donner à l’anneau.
£n appelant
a la largeur de l’anueau parallèlement à l’axe de rotation , b son épaisseur dans le sens du rayon ,
R son rayon moyen, mesuré au milieu de l’anneau.'
Le poids de cet anneau en fonte a pour expression P = 45239atR.
De.s considérations locales et particulières à lA machine ellc-inémc servent ordinairement à déterminer le rayon du volant, et dans les formules suivantes nous le supposerons connu ; mais nous ferons observer qii’on doit le faire aussi grand que possible, tout en ne dépassant pas certaines limites, qui dépendent de la vitesse maximum que la circonférence de cet anneau peut prendre sans que la force centiifuge acquière une intensité trop considérable. Celte vitesse ne doit pas excéder, mais peut atteindre 25 à 30 mètres par seconde.
Fonnulet prstiqaes pour proporltonner les volants des nachines à vapeur.
Si ron appelle
P le poids de l’anneau du volant,
V la vitesse de sa circonférence moyenne,
N la force en chevaux de le machine,
TM le nombre de tours de l’arbre du volant en 1',
n un nombre qui varie avec le degré de régularité que l’on
veut obtenir.
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K un coefficient numérique constant pour chaque genre de machine, et dépendant de sa disposition et de la proportion de la détente employée,
on aura, pour déterminer le poids P de l’anneau, la formule suivante :
PV*=K.îliï,
dans laquelle on fera n = 32 , si l’on veut obtenir le même • degré de régularité que Watt dans scs machines à basse pression.
€ette formule revient à la règle suivante ;
Pour obtenir le poids de Vanneau du volant Sune machine à vapeur, multipliez la force nominale en chevaux par le nombre régulateur n, qtie l’on prend habituellement égal à 32; divisez le produit par celui du nombre de tours du volant et du carré de la vitesse de sa circonférence moyenne, et multipliez le quotient par le coefficient R, donné dans le tableau suivant :
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