MÉMOIRE

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Moyen de convertir les mouvements circulaires continus en mouvements rectilignes alternatifs, dont les allées et venues soient d' une grandeur arbitraire.

L’application de ia mécanique aux arts offre beaucoup d’exemples de mouvements circulaires continus changés en mouvements rectilignes alternatifs. Le moyen le plus simple d’opérer cette transformation est d’attacher l’extrémité d’une chaîne ou d’une verge à un point assujetti à tourner autour d’un axe , avec la condition que , dans la rotation de ce point, la chaîne ou la verge ue rencontrera pas l’axe : cette condition peut s’obtenir, ou par une coudure pratiquée dans une partie de la longueur de l’axe, ou par une manivelle adaptée à son extrémité; et la chaîne ou la verge fera parcourir à la résistance ou au poids à enlever, à chaque révolution du point , et alternativement dans des sens opposés , un espace rectiligne égal au diamètre du cercle décrit par ce point.

Ce mécanisme a le grand inconvénient de produire des inégalités considérables dans l’effort du moteur. L’ingénieur Morland proposa en iG85 un moyen qui remédia en grande parLie à ce défaut , et qui consistait à faire hausser ou baisser un point mobile au moyen d’uue ellipse tournant autour de son centre : ce procédé a etc

employé dans plusieurs machines. On a aussi mis en usage le procédé inverse, en faisant tourner avec une manivelle un point qui , assujetti à presser contre la concavité d’une ellipse , lui donne un mouvement de vael vient qu’elle communique à tout l’équipage auquel elle est attachée.

La Hire est, je crois, le premier qui ait résolu , d’après des principes certains, le problème de légalité d’effort , en adaptant au mouvement des pistons les courbes ondées dont ses recherches sur les épicycloïdes lui avaient suggéré l’idée. JDesargttes , qui s’en était servi avant lui, avait été dirigé plutôt par un heureux tâtonnement que par des considérations théoriques.

De Parcieux a depuis donné un mémoire fort détaillé sur les courbes qui ont la propriété de faire parcourir au moteur des espaces circulaires proportionnels aux espaces rectilignes parcourus dans le même temps par la résistance; les tracés de ces courbes sont extrêmement faciles et peuvent se modifier d’une infinité de manières, suivant les applications qu’on a en vue. J’ai employé avantageusement leurs propriétés dans la construction d’une machine hydraulique qui a été exécutée aux salines de Cette d’après mes projets.

On s’est aussi servi , depuis très long-temps de roues dentées sur une partie seulement de leurs circonférences. Le Recueil des machines de RameUi , publié en 1620 (édition allemande), en offre plusieurs exemples.

Il serait trop long de faire ici même l’énumération de plusieurs autres procédés qui remplissent le même objet.

Un des plus ingénieux que je connaisse est celui proposé par White, artiste anglo-américain , dont j'ai donné la description et le dessin dans mon rapport sur la machine de Marly, imprimé par ordre du Corps législatif (page ifi et planche II, fig. 5, du rapport).

Quelques avantages que la Mécanique ait retirés de ces diverses inventions, elles n’offrent cependant que des ressources très insuffisantes dans une infinité de cas très importants. Leurs principaux inconvénients sont : i° de ne produire qu’une course de longueur déterminée, de telle sorte que si l’on veut faire parcourir un plus grand espace à la résistance, il faut ou construire une autre machine , ou y ajouter un mouvement de renvoi ; ce qui est toujours un défaut, et présente quelquefois de grands embarras ; a 0 de ne pouvoir pas, même en s’assujettissant à une course déterminée, lui donner une étendue qui excède certaines limites, sans qu’il en résulte de telles dimensions pour les machines , quelles sont inexécutables, ou très difficiles à manœuvrer. Aussi les mouvements de va-et-vient sont le plus communément employés à faire hausser et baisser des pistons de pompe, ou à élever des seaux à de petites hauteurs : et dans des machines très connues, telles, par exemple, que celle du puits de Bicêtre , où il faut puiser l’eau à plus de cinquante mètres de profondeur, on n’a pas pu éviter l’inconvénient de faire rebrousser chemin aux chevaux à chaque vidange de seau ; ce qui est un grand défaut.

Différentes circonstances ayaut dirigé mon attention sur cette question de Mécanique , j’avais eu d’abord l’idée

d’employer un arbre vertical qui , en tournant sur son tourillon inférieur, fût susceptible de s’incliner un peu de chaque côté de la verticale passant par le centre immobile de ce tourillon , au moyen de ce que la pièce dans laquelle entrait le tourillon supérieur pouvait alternativement se mouvoir dans deux sens opposés. Celte espèce d’oscillation , qu’il est aisé de produire par le jeu même de la machine , avait pour but de faire qu’une roue dentée, fixée à l’arbre, engrenât alternativement dans d’autres roues dentées à axes immobiles placées de chaque côté de cet arbre, lesquelles, par l’intermédiaire des chaînes ou des cordes , produisaient le mouvement rectiligne alternatif; et en disposant le régulateur destiné à alterner l’engrenage de manière que Y alternation s’opérât à l’instant où le fluide arrivait à sa destination , le mouvement de va-et-vient pouvait avoir une étendue quelconque, en donnant aux cordes ou aux chaînes la longueur nécessaire.

L’idée de ce moyen n’est pas nouvelle ; mais, quoiqu’il remplisse rigoureusement son objet, il n’est pas exempt d'imperfections, et a, entre autres inconvénients, celui d’exiger des renvois de mouvement un peu compliqués. Ces considérations m’ont engagé à chercher un mécanisme plus simple et moins sujet à des dérangements accidentels. Voici celui que j’ai trouvé , et dont l’idée a paru absolument nouvelle aux ingénieurs et aux artistes à qui je l’ai communiqué : j’en ai fait l’application , pour mou usage particulier, à l’ascension de l’eau dans un puits; mais le principe du mécanisme n’en est pas moins

général, et convient visiblement à tous les cas oit l’on aura des mouvements alternatifs à produire par un mouvement circulaire continu.

Une roue horizontale AB ( Jtg . i, a et 3) est fixée à un arbre vertical CD que le moteur fait immédiatement tourner; cette roue engrène dans deux pignons a b , a' b' , placés aux extrémités de l’axe de, mais qui ne font point corps avec cet axe , pouvant tourner à frottement doux sur les collets/, g (Jîg- 4)> et c’est dans cette particularité que consiste la propriété du mécanisme. On conçoit aisément que la roue AB, agissant sur ses pignons non assujettis sur leurs collets , ne doit produire aucun effet sur la masse à enlever; mais si, par quelque moyen, on parvient à fixer un de ces pignons avec l’axe , alors la rotation de ce pignon déterminera celle de la poulie pp, et par conséquent l’ascension d’un des seaux. Si ensuite, le seau étant monté, on dégage le pignon fixé, qui alors n’influera plus sur la rotation de la poulie, et qu’on fixe à son tour l’autre pignon avec l’axe, ce sera ce dernier qui fera tourner la poulie , et il est aisé de voir qu’il lui donnera un mouvement contraire à celui imprimé précédemment par l’autre pignon, la grande roue AB tournant toujours dans le même sens : ainsi le seau qui était monté descendra , et réciproquement.

Tout consiste donc à fixer alternativement sur l’axe l’un et l’autre des pignons ab, a' y, lorsque chacun des seaux est arrivé à sa destination. Voici comment cette condition s’obtient par le mouvement même des seaux. (Voyez, avec les Jîgures précédentes, celles 4 , 5 et 6.)

— to —

hk est une verge qui, au moyen des pièces Im, Fmf (Jig. 5 ), peut glisser, et avoir un mouvement progressif le long de l’axe de ; cette verge porte en m et ml des couteaux ou cliquets destinés à s’engager dans les dents des roues à rochet nq 4) ù*ées sur les faces des

pignons. Il est évident qu’en faisant avancer la verge hk dans un sens ou dans l’autre , il y aura alternativement encliquetage vers l'un des deux pignons, l’autre restant libre , et qu’ainsi l’axe de tournera successivement dans des sens opposés.

Pour faire correspondre Y alternation du mouvement à la vidange des seaux, j’ai fait passer la verge hk à travers le tourillon de l’extrémité e de l’axe de, qui est percé longitudinalement , et aussi à travers une fente rs pratiquée dans le levier EF , portant à son extrémité la lentille G. On conçoit aisément que cette lentille étant supposée se mouvoir à droite ou à gauche, le levier EF rencontre et choque de part et d’autre les arrêts k et k, détermine, par conséquent, le mouvement alternatif de la verge hk , et de suite les encliquetages successifs de chacun des pignons ab , a'b' , d’où résultent la montée et la descente alternatives des seaux. 11 ne s’agit donc plus que d’employer les seaux eux-mêmes à faire osciller le poids G, et c’est ce qui s’exécute très aisément au moyen des fourches te t F {fig- 6), dont l’une est fixée à l’axe horizontal HK , et dont l’autre , tournant autour d’un axe particulier en H', fait mouvoir un second levier xy fixé à l’axe HK, et qui lui donne le mouvement.

Ainsi celui des seaux qui arrive au haut du puits commence d’abord- par se vider au moyen d’un des crochets z {fig- 2 ) : il rencontre ensuite la fourche qui lui correspond, donne au poids G un mouvement de bascule qui alterne l’encliquetage des pignons, et décide, à l’instant même, le mouvement inverse de l’axe de, de la poulie et des seaux.

Les seaux ont , comme \& figure 2 le représente, une soupape à leur fond, et sont suspendus un peu au-dessus de leur centre de gravité en les supposant pleins; leur bord supérieur n’est pas dans le même plan , et il est aisé de concevoir, à l’inspection de la ligure, le motif de la courbure qu’on leur a donnée. On voit que, dans le cas où le seau est suspendu à une corde, si cette corde éprouvait une torsion, le seau ne rencontrerait pas le crochet dans le point du bord qui est également distant des deux points de suspension : mais, au moyen de la courbure du bord supérieur, ce crochet glisserait aussitôt le long de la courbe jusqu’au point le plus bas qui rat placé à égale distance des points de suspension; et ainsi, de quelque manière que le seau rencontre le crochet au premier instant, la vidange ne s’en fera pas moins, dans tous Ira cas, régulièrement et sans perte d’eau. J’ajouterai qu’il faut avoir la précaution de faire le crochet à articulation à son point de naissance ou d’attache, atin que, rencontré par le seau, il décrive en s’élevant un arc de cercle, et fasse par là avancer le seau dans la gorge de la bâche destinée à le recevoir.

Le forement longitudinal de l’extrémité de l'axe,

— Ifi —

qu’exige le mécanisme précédent, pourra quelquefois donner de l’embarras lorsqu’on ne sera pas à portée d’avoir des ouvriers adroits. Voici une construction fort simple d’un axe qui produira le même effet que le précédent, sans a voir besoin d’étre foré.

L’axe de ( fig . 7) est plein d’une seule pièce, et carré dans la partie de sa longueur comprise entre les pignons ab et a'b' ; une pièce mm' k'k peut couler le long de celle partie carrée au moyen de deux ouvertures de même forme pratiquées aux extrémités mk , ml k ; cette pièce porte les couteaux ou cliquets m et ml destinés à s’engager alternativement dans les dents des roues à rochet n'q ' , m/, et au milieu de sa longueur est fixé le manchon vyy' 7/ , de manière qu'une fourche qui s’engagerait entre vy et 7 /y 7 , pourrait , en oscillant et frappant alternativement contre v y et 7 1 y 1 , faire marcher à droite et à gauche la pièce mm'kk ' , et par conséquent engager et désengager successivement chacun des encliquetages. La fourche qui produit cet effet est celle w ( fîg. 8), attachée à l’axe HK. On voit sur-le-champ que les seaux , en faisant mouvoir les leviers t et t 1 , feront tourner la fourche w tantôt dans un sens, tantôt dans l’autre, et que cette fourche étant engagée dans le manchon vyÿ'k, on obtiendra l’effet qu’on désire.

Dans cette nouvelle disposition l’axe HK doit être placé au-dessous de la roue dentée AB, vers le milieu de l'axe de, et les leviers t, t! ont une position inverse de celle représentée par la Jîg. 2.

Pour se faire une idée générale du rapport qui existe entre les dimensions de la machine, l’effort du moteur et

le poids à enlever, soient

l’effort du moteur — F,

la partie de cet effort consommée par le mouvement propre de la machine = <t>,

le poids à enlever = P,

le rayon du manège = R,

le rayon de la poulie = r ,

le nombre des dents de la roue AB = n r

le nombre des ailes d’un des pignons ab

ou a'b' s. n',

on aura l’équation fTZ"? — — • 7,

au moyen de laquelle on déterminera, dans les différents cas, celle des quantités qui doit être donnée par les autres. L’évaluation de <p dépend des expériences connues sur le frottement , la raideur des cordes et des chaînes, etc. Elle sera de peu de conséquence dans le cas actuel , vu que le mouvement propre de la machine ( supposée bien construite ) ne consommera pas une grande partie de l’effort du moteur. Il faudra , lorsque la profondeur sera grande , attacher au-dessous des seaux les deux extrémités d’une corde ou d’une chaîne de même longueur et de même poids que celle qui passe sur la poulie , afin que le système que supporte cette poulie soit toujours en équilibre.

La machine que je viens de décrire est , comme on le voit , simple , peu coûteuse dans sa construction primi-

tive, et son entretien n’est également ni difficile ni dispendieux ; mais elle offre dans ses usages une source d’économie bien plus grande encore , puisque , sans y changer autre chose que la longueur de la corde , elle peut s’adapter indistinctement à toutes sortes de profondeurs , et que son peu de volume la rend facile à transporter.

P. S. Voici une disposition du mécanisme qui m’a fort bien réussi dans la pratique, et qui me parait réunir la solidité et la facilité des manoeuvres et des réparations. Les fourches f et f , Jg. g, tournent chacune autour d'un axe horizontal immobile. A ces fourches sont fixées deux pièces verticales q et q' , qui , lorsque les fourches s’élèvent, pressent le dessous des leviers p et p' attachés solidement à l’axe EK : le levier p est en avant de l’axe EK, ou du côté des seaux ; le levier pf est du cillé opposé. On voit aisément par |là comment la chaîne qui suspeod les seaux passant dans les branches des fourches, ces fourches font osciller le poids G et alterner le mouvement au moyen de la pile w, qui est aussi fixée & Taxe EK.

fi est bon d’observer que les pièces attachées à l’axe EK dans la Jig. 9, le sont d’one manière beaucoup plus favorable à la solidité que dans la Jig. 8 ; il est aisé de se ménager les moyens d’allonger ou de raccourcir les pièces q et q pour régler parfaitement le mouvement.

Je finirai par une remarque de pratique très importante, celle de combiner les proportions de la machine de manière que, dans tous les cas, la vitesse ascensionnelle des seaux soit assez petite pour qu’ils aient le tempe de se vider sans que le moteur soit obligé de s’arrêter ou de ralentir son monveraenl.