Arbres. — L'arbre de couche est à vilebrequin ou
EE#;---ïEEaEa2}
k manivelle* Dans les arbres coudés (fig 121), le vilebrequin A est compris
entre deux portées C et D pour paliers, le volant se cale en E à l'extérieur des paliers, et il est bon que cette parKe soit assez longue pour qu'on puisse au besoin placer une poulie en dehors du volant.
Souvent l'arbre est symétrique et porte deux volants extérieurs (fig. 90).
II convient de ménager un jeu longitudinal notable dans Tune des portées C et D, de telle sorte que, dans les dilatations inévitables de l'arbre ou du bâti, l'épaulement ne vienne pas forcer contre les joues du coussinet ; souvent même les épaulements sont supprimés à l'une des portées.
L'arbre coudé est soumis à un elTort de flexion et à un eflFort de torsion. Le moment de flexion est maximum au droit du vilebrequin A, qui doit, par suite, avoir un diamètre un peu supérieur à celui du corps de Tarbre ; le moment de torsion, presque nul entre C et A, est constant entre A et E, ce qui explique la forme de l'arbre conique d'un côté, cylindrique ou à peu près de l'autre.
Les arbres coudés sont exposés à la rupture, surtout dans les locomotives,oti l'on est obligé de les faire légers. On les forge en fer de la meilleure qualité (fers de riblons) ou môme en étofl^e ; rarement en acier parce que ce métal ne prévient pas, c'est-à-dire qu'il casse brusquement, sans que la rupture soit, comme dans le fer, annoncée par des criques et des gerçures. La rupture se fait souvent suivant les directions a a, on b b ; on combat ce dernier mode de rupture en entourant les joues G G et G' G' du vilebrequin par de fortes frettes en fer, posées à chaud.
La manivelle A (flg.122) est une pièce de fer, rarement de fonte, dans laquelle viennent s'encastrer, d'une part le bouton de la manivelle B, d'autre part l'arbre C ; elle résiste à la flexion et à la torsion, ce qui motive la forme trapézoïdale du corps de manivelle A ; les masses de métal accumulées aux extrémités servent à assurer une portée convenable atix encastrements.
DETAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
L'encastrement C de Tarbre D se fait à chaud et est consolidé par une clavette. L'encastrement du bouton de manivelle se fait, soit de la même manière, soit par Tun des moyens usités pour assembler le piston à sa tige
Si Ton emploie un cône, il convient, pour avoir un bon serrage, que Tépaulement a a ne vienne pas à toucher le corps de la manivelle.
En D est la portée pour le palier fixé au bâti. Le volant est placé entre ce palier et celui qui porte l'autre extrémité de l'arbre ; ce dernier est fixé solidement à un fort massif en maçonnerie ; la portée dans le palier d'extrémité doit permettre le jeu longitudinal de l'arbre. Si le volant est lourd» l'arbre est galbé entre ses deux portées.
Lorsqu'un arbre est trop long pour n'être porté que par deux appuis, l'intercalation de nouveaux appuis exige des précautions : si l'arbre est mince et flexible, comme les arbres de transmission des ateliers, on met le nombre de paliers nécessaires ; mais s'il est rigide, il faut éviter de le faire porter par plus de deux points, car un tassement ou un défaut de montage dans les paliers intermédiaires suffirait pour amener la rupture, ou, tout au moins» le chauffage de Tarbre.
Dans les locomotives, la portée se fait par l'intermédiaire de ressorts, ce qui supprime la difficulté.
Elle existe, au contraire, dans toute son étendue, pour les machines marines, à cause de la flexibilité de la coque ; aussi l'arbre est-il toujours en plusieurs tronçons ; chacun de ces tronçons n'est porté que par deux, ou même un seul palier,et articulé au tronçon suivant par un joint à la Cardan ou par le joint fig. 123 qui permet de petits mouvements de chaque tronçon d'arbre par rapport au suivant, tout en transmettant le moment de torsion résultant de l'action de la machine.
Fig. 123.
Fig. 124.
La fig. 124 représente une disposition très usitée dans les steamers à roues»
La manivelle A est calée sur l'arbre de couche qui reçoit à ses extrémités deux manivelles pareilles à angle droit, commandées par deux machines conjuguées ; la manivelle B est calée sur l'arbre qui porte la roue ; elle est
commandée par un téton C, porté par le bouton D, encastré dans la manivelle A ; ce téton joue librement dans la mortaise qui le reçoit et qui est garnie de bronze; les faces dd déterminent Tentraînement delà manivelle B.
^ Des dispositions analogues se rencontrent dans toutes les transmissions soignées, lorsqu'il s'agit d'assurer la liberté des mouvements relatifs de solides inégalement déformables.
- 48d. Paliers. — Voici (fig. 125) le dessin d'un palier ordinaire.
Le corps A A. du palier est en fonte ; il s'appuie, par un large patin dressé B B, sur une portée ménagée au bâti, et y est fixé par des clavettes
Fig. 125.
coincées sur les flancs c c et par de forts boulons traversant les trous ovales D D ; ces boulons ne sont serrés à bloc qu'une fois le palier mis bien en place au moyen des clavettes. Le chapeau E est serré par les boulons e e, et maintient, de concert avec le corps du palier, les deux demi-coussinets, F F, qui embrassent l'arbre à frottement doux ; le corps des coussinets est taillé extérieurement suivant un polygone /*/*/*, qui l'empêche de tourner dans le palier.
La disposition figurée s'applique au cas d'un arbre horizontal chargé verticalement ; l'usure se produisant sur le haut ou le bas des coussinets, on rattrape le jeu en limant, à la demande, les faces g g par lesquelles deux demi-coussinets portent l'un sur l'autre, et en serrant les boulons e e.
Si, comme dans les machines à vapeur, les efforts sont surtout horizontaux, il convient de disposer la fente g g verticalement et le rattrapage du jeu se fait en glissant des feuilles de cuivre mince derrière les demi-coussinets, en h h.
DETAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
il$3
Mais il vaut mieux alors employer, comme dans le coussinet en trois pièces (fig. 126), des
coins de rattrapage G, manœuvres par des vis de rappel D.
Dans cette figure, la pièce inférieure A porte le poids du volant, et les pièces latérales B résistent aux poussées alternatives de la bielle ; la pièce A s'use peu, et on se contente de la remonter de temps à autre, en glissant par dessous de Fig. 126.
petites lames de cuivre mince.
Voici (fig. 127) le palier avec coussinet en quatre pièces d'une machine
Fig. 127.
de forge puissante construite par le Creusot ; les deux pièces latérales B B sont rapprochées par les coins en acier e e ; il y a en outre un coussinet
supérieur et ua coussinet inférieur ; ici le corps du palier est venu de fonte avec le bâti de la machine.
Dans les navires à hélice, le tronçon d'arbre le plus rapproché de Tarrière supporte tout entier la poussée de Thélice ; un simple épaulement ne suffirait pas pour résister sans chauffer à une charge aussi considérable ; on donne aux coussinets la disposition fig. 128 ; Tarbre de Thélice porte
ilililililïii
Fig. 128.
des saillies correspondant aux cannelures des coussinets, entre lesquelles se répartit la poussée.
183. GralMwiffe- — On graisse les machines à Thuile dans les parties froides, au suif ou à Fhuile dans les parties chaudes.
Les organes qui doivent être graissés abondamment sont pourvus de graisseurs, petits réservoirs (fig. 129-130) remplis d'huile ; une mèche de
Fig. 129.
Fig. 130.
coton, agissant par capillarité, amène le liquide au contact des parties frottantes.
Les graisseurs sont en bronze, rapportés par un pas de vis, ou bien taillés dans le corps des chapeaux, tètes de bielles, etc.
Pour graisser les pistons, tiroirs et organes travaillant sous pression, on donne aux graisseurs la disposition d'écluses à sas. L'introduction du liquide s'obtient par un véritable sassement (fig. 131-132).
Fig. 13i. Fig. 132.
Le cylindre doit être graissé au suif, quand il est chaud, et après avoir
DETAILS DE CONSTRUCTION DBS MACHINES A VAPEUR
Fig. 133.
é(é bien purgé, sans cela la graisse est entraînée par Feau lors de Féchappement ; du reste le véritable graissage du cylindre est donné par Témul* sion de graisse et d'eau chaude qui se dépose sur les parois ; quand il n'y a pas d'eau condensée, le graissage se fait mal.
M. Girard a proposé de graisser par Teau sous forte pression, introduite, par exemple, dans un palier (fig. 133) par la cavité A ; cette eau, retenue par une série de cannelures pratiquées dans le coussinet, soulève Farbre B, et ne s'échappe que très lentement. Ce moyen est très bon pour les arbres pesamment chargés.
Dans les machines marines, qui doivent marcher longtemps sans arrêt, on installe des léckeu7*8, mèches imbibées d'huile, qui en déposent quelques gouttes sur les articulations à chaque révolution de la machine.
Pour les longues transmissions des ateliers, dont les nombreuses articulations ne sont pas très accessibles, on emploie des paliers dits graisseurs ; Fhuile placée dans des réservoirs au-dessous de Farbre de transmission, est remontée par un artifice quelconque, par le fait même du mouvement de Farbre, et le palier n'a besoin d'être visité qu'à de rares intervalles. La description de ces organes se rattache plus Spécialement à l'étude des transmissions.
Les pistons de pompes à eau ne doivent être graissés qu'à la graisse et ceux à eau chaude ne doivent pas être graissés du tout, car les corps gras feraient coller les clapets sur leurs sièges.
Quand le graissage est insuffisant, les articulations chauffent, puis grippent ; il faut alors surrêter la machine, refroidira grande eau, desserrer les articulations qui n'ont pas assez de jeu, et remettre lentement en mouvement en graissant avec abondance.
484.Bâttletft»ndatloiMi. — Le bâti est la plaque d'assise sur laquelle .sont assemblées toutes les pièces de la machine. Il est généralement en fonte, quelquefois (locomotives) en fer, ou (machines de bateaux) en fonte et fer.
La fig. 90 donne les diverses vues d'un bâti.
Le bâti doit résister aux efforts de compression et de traction résultant de Faction de la vapeur sur le fond du cylindre et de la bielle sur la manivelle ; ces actions n'étant pas dirigées suivant l'axe du bâti, produisent des moments de flexion, que Fon combat en donnant à la section transversale du bâti un moment d'inertie suffi-^ant (flg. 134) : À A section du
bâti, B cylindre, c c pattes d'attache du cylindre, F section du Mtti au droit d'un boulon de fondation.
Fig. 134.
Souvent aussi le bâti a la forme d*un double T ou d'un E à branches inégales (flg. 135).
Le bâti dit Américain (fig. 136) est aujourd'hui fort à la mode ; c'est une simple poutre creuse, reliant le palier au cylindre et portant, sur le côté, les glissières ; le cylindre et le palier sont fixés séparément sur le massif ; l'ensemble de la machine ne porte, pour ainsi dire, que sur deux points ; ainsi le bâti se trouve, dans une
Fig. 136.
DBTAILS DB CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
certaine mesure, indépendant des tassements irréguliers de la maçonnerie, et ne sert qu'à assurer d'une manière invariable les positions relatives de Tarbre et du cylindre.
La composante verticale de la réaction oblique de la bielle, agissant en dehors de Taxe de la poutre, peut déterminer dans celle-ci des effets de torsion assez sensibles.
Le bâti des machines fixes repose sur un solide massif de maçonnerie, dont les dispositions et la construction doivent être étudiées avec soin.
La fonte est ancrée au massif par les boulons de fondation (fig. 137) amarrés, par le bas, dans des chambres convenables au moyen de clavettes et de rondelles de fonte. On doit avoir soin de ménager dans le massif des passages pour le service du condenseur et la visite des tuyaux. On interpose entre la pierre de taille qui couronne le massif et la face inférieure du bâti une bonne couche de mortier de Portland, ou quelquefois des feuilles de plomb, et Ton ne serre les boulons à bloc que lorsque la maçonnerie a fait bonne prise.
Pour les machines montées sur chaudières, il faut ménager une liberté convenable aux dilatations inégales du bâti et de la chaudière, soit en ovallsant les trous des boulons dans le bâti (locomobiles), soit (locomotives) en faisant porter la chaudière sur des glissières ajustées. Dans les locomotives, la dilatation est toujours ménagée de Tavant vers l'arrière, les cylindres devant rester fixes par rapport à la botte à fumée, afin de ne pas exposer les tuyaux de prise de vapeur et d'échappement à des flexions dangereuses.
iSS. €k»ndeii«Ation. — Pour que la condensation s'opère promptement il faut que la vapeur affluant au condenseur soit intimement mélangée à l'eau froide, et qu'il n'y ait pas de rentrée d'air.
La fig. 138 représente l'ensemble du condenseur, de la pompe à air, de la bâche à eau chaude et de la commande de lapompe k air dans une machine horizontale construite par le Creuset.
L'injection d'eau froide a lieu par le robinet M disposé de manière à lancer l'eau avec vitesse, par l'effet de la pression atmosphérique, sous forme de deux lames minces, traversées par la vapeur arrivant en L au condenseur.
On réalise des effets analogues par diverses dispositions.
Fig. 137.
CâàPITRB IX
fesiT
Ji ^.vv v'^^-:,v:(:;-''. ■v:'''^"i^'^ ^?^'^^'^:^:??v^-
DETAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
MU
il^s
n4 S se a< otf
ta 5 a «
55 oe fl
.2 ? 4> S "2 -^ H cS U 9 W fc ^
•^ ^ o 9 w fc o
Dans la fig. 139, ce sont deux tuyaux superposés et percés de trous nombreux ; souvent, au-dessous de tuyaux pareils, on place une large tôle
Fig. 139.
trouée, pour augmenter les conJacts ; de pareils dispositifs ne sont efficaces que si la section des conduits d'amenée d'eau froide est notablement plus grande que les petits trous, sans cela, le jaillissement devient paresseux ; le réglage de l'arrivée d'eau froide par étranglement du robinet ne peut donc se faire sans nuire notablement à la condensation.
II vaut mieux employer un des moyens suivants,qui ont pour effet de serrer la veine d'eau affluente dans des orifices étroits,pour la faire jaillir avec force :
(Fig. 140) Un orifice conique A est fermé par un cône plein que l'on écarte
DÉTAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
plus ou moins de soo siège au moyen d'une lige à vis. B arrivée de vapeur.
(Fig. 141) Condenseur d'une machine du Creusot; l'étranglement de la veine liquide est produite par un tiroir à jalousie ; la vapeur arrive en B par un large évasement.
(Fig. 142) Injecteur Dupuy de Lôme, robinet à noix creuse, fonctionnant d'après un principe analogue à celui de l'injecteur précédent.
Il est indispensable d'éviter avec soin les rentrées d'air ; dans la fig. 139, le robinet d'injection A est, àcel eflFet, placé au fond d'un réservoir maintenu plein d'eau ; il en est de même du presse-étoupe B de la pompe à air ; l'eau est fournie à ce dernier réservoir par la bâche à eau chaude.
Le piston de la pompe à air (Hg. 139, 140) est le plus souvent garni de cordes ; il est important de ne pas le graisser, pour éviter de faire coller les clapets.
Il est souvent plein (Gg. 139) ; d'autres fois, il est percé et fermé par un clapet (fig. 140).
La forme de piston plongeur (fig. i38, N) est aujourd'hui très employée : le piston est alors un simple cylindre plein et assez long, qui glisse dans une bague en bronze fixe : le joint ainsi obtenu est très suffisant, car il n'a à tenir que de l'eau sous une assez faible charge.
Arrivons aux clapets ; on ne saurait les faire en cuir, cette matière ne
résiste pas à l'eau chaude.
Quand les mouvements de la pompe à air sont lents, les clapets sont en
bronze (fig. 140). Les clapets D, E, sont de simples plaques de bronze, glis*
Kig. 143.
sant à leur centre, sur Taxe qui les enfile et portant par leurs bords sur des sièges coniques en bronze convenablement rodés.
En F, on voit un clapet oscillant représenté à plus grande échelle (fig. 143) ; a 6 est le siège, d le buttoir, destiné à limiter les oscillations ; A Taxe autour duquel le clapet doit être très libre, pour pouvoir bien s'appuyer sur son siège.
Dans la fig. 140, Teaa extraite du condenseur doit passer par trois étages de clapets F, D et E. On pourrait à la rigueur supprimer F ou E ; mais la présence de ces clapets évite les oscillations du liquide dans le~ condenseur ou dans la bâche à eau chaude. Le clapet F s'appelle clapet de pied. Il peut être supprimé sans inconvénient quand la pompe à air est à double effet (fig. 138, 139).
Avec les pompes à mouvements rapides, les clapets métalliques donneraient lieu à des claquements insupportables ; on emploie alors des clapets en caoutchouc (fig. 138, 139) P P et Q Q. Le siège du clapet est formé d'une plaque plane percée de nombreuses ouvertures assez étroites pour ne pas découper le clapet ; celui-ci est une simple lame de caoutchouc pincée par un de ses bords ; un buttoir, formé d'une plaque métallique, limite les oscillations ; ce buttoir est percé de trous pour éviter l'adhérence du caoutchouc.
On donne souvent aux clapets en caoutchouc la forme ronde (fig. 144) : A A siège en bronze, B clapet, C buttoir.
L'usage du bon caoutchouc, pour clapets de pompes à air, donne d'excellents résultats ; il a permis d'augmenter dans une large mesure la vitesse des pistons de ces pompes.
La faible pression qui règne dans le condenseur ne permet pas, comme à Tair libre, d'aspirer l'eau qu'il contient ; cette eau ne se rend dans la pompe à air que par son propre poids. 11 convient donc que le piston de cette pompe descende au-dessous du niveau de l'eau dans le Fig. 144. condenseur. Les orifices des clapets doivent être
larges ; la section doit être assez grande pour que la vitesse moyenne du fluide à leur passage, calculée d'après le volume engendré par le piston de la pompe à air (voir un calcul analogue §118), ne dépasse guère 2 mètres par seconde.
Il est bon que le condenseur soit placé en contrebas du cylindre ; que les tuyaux qui y amènent la vapeur aient une pente générale vers ce récipient, pour y verser les eaux qui se condensent sur leur parcours ; il
DETAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR 163
est même utile que les lumières du cylindre produisent naturellement la purge au condenseur.
Ces conditions ne peuvent pas être toujours remplies ; elles sont d'ailleurs moins nécessaires avec les enveloppes de Watt.
Dans tous les cas, il faut éviter que les tuyaux conduisant la vapeur au condenseur forment un siphon renversé, dans le bas duquel Teau pourrait s'accumuler.
La commande de la pompe à air se fait de diverses manières, suivant la position du condenseur.
Dans la fîg. 138, le condenseur est au-dessous du cylindre et la pompe est commandée par un balancier H H H prenant son mouvement sur la traverse du piston au moyen de deux petites bielles G G ; les vitesses du grand piston et du piston de pompe à air sont dans le rapport de 1 à 2,5.
On place aussi le condenseur :
En arrière du cylindre, la pompe à air est commandée par le prolongement de la tige du piston ;
Au delà de Tarbre de couche (machines marines), la commande se fait par une tige fixée à la crosse du piston ;
A côté et en contrebas du cylindre ; la pompe est horizontale et commandée par rintermédiaire d'un balancier ; ou bien inclinée et commandée par un excentrique ou une contre-manivelle... etc.
Souvent, une machine est disposée pour marcher à volonté à condensation ou sans condensation ; on passe d'un des modes de fonctionnement à l'autre au moyen d'une valve a (fig. 145), manœuvrée par un volant avis et qui s'appuie à volonté sur le siège 6, pour Téchappement à l'air libre, ou sur le siège c pour la marche à condensation ; il faut ménager, au-dessus du siège c, une petite chambre e, qu'on remplit d'eau pour éviter les rentrées d'air dans la marche à condensation.
Dans la marine, on a renoncé à la condensation obtenue par mélange de l'eau froide et de la vapeur ; on n'emploie que la condensation par surface ; le condenseur est formé par un faisceau de petits tuyaux ^^^' ^^^•
traversés par un courant d'eau froide, et contenus dans une capacité close, dans laquelle arrive la vapeur d'échappement. Nous reviendrons sur ce sujet.
Lorsque Teauest rare ou très impure, on opère quelquefois la condensalion par surface en faisant arriver la vapeur d'échappement dans des jeux de tuyaux refroidis extérieurement soit par le contact de l'air, soit par un arrosage à l'eau froide.
186. Pompe alimentaire. — La pompe alimentaire est d'ordinaire à piston plongeur parce que le volume qu'elle engendre étant très limité, les fuites en rendraient le jeu incertain ; il convient, par conséquent, de pouvoir retoucher la garniture.
Le piston est généralement en bronze (fig. 146-147) et se meut à travers un presse-étoupe. Les clapets sont en bronze : ce sont des organes assez délicats, dont le fonctionnement est quelquefois capricieux ; le plus souvent.
ils ont la forme (fig. 146) de soupapes avec trois ailettes qui servent de guidage ; ces ailettes doivent être assez longues afin que la pièce ne puisse pas biaiser et s'arc-bouter, au-dessus de la soupape s'élève un buttoirpour limiter la course, qui doit être petite. Cette soupape est rodée sur son siège, et placée sous un couvercle facile à démonter pour permettre la visite.
La fig. 147 montre une autre disposition de clapets analogue aux clapets en bronze des pompes à air (fig. 143).
Fig. 147.
Dans les locomotives, on emploie de préférence la soupape à boulet
DETAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
Fig. 148.
(fig. 148) dont le jeu est plus sûr. Le boulet A est en bronze, et creux ; il est
maintenu librement dans une chapelle. Pour monter la
boîte ci-contre, on met en place le siège en bronze a, le
boulet A, puis la chapelle B, on serre ensuite le joint c c
au moyen de la bride D et du boulon E, en ayant soin de
desserrer légèrement le boulon F ; puis on serre à bloc E
et F, de manière à appuyer à la fois la chapelle et le joint
c c sur leurs sièges ; on achève en serrant le contre-
écrou G.
On place d'ordinaire sur le refoulement un réservoir d'air régulateur, mais cet organe fonctionne rarement bien ; le petit volume d'air qu'il renferme disparaît promptement, soit par les fuites, soit en dissolution dans Teau.
Les pompes alimentaires, à cause de leurs grands espaces nuisibles, ne sauraient aspirera plus d'un ou deux mètres de hauteur. L'air se cantonne facilement dans les parties hautes, et alors la pompe cesse d'aspirer ; pour éviter cet accident, on place quelquefois au point le plus élevé du volume compris entre les deux clapets, un robinet d'épreuve ; quand la pompe s'est désamorcée, on ouvre ce robinet et on bouche légèrement l'orifice avec le doigt, qui forme soupape ; au refoulement, l'air comprimé soulève le doigt et s'échappe et, après quelques coups de piston, la pompe est réamorcée.
La quantité d'eau injectée se règle de diverses manières :
Souvent l'alimentation est intermittente : on arrête le mouvement du piston ou on le remet en marche par un embrayage quelconque ; par exemple, la bielle du piston est en deux parties réunies par un manchon avec vis de serrage ; avec ces dispositions, sitôt que la pompe est débrayée, elle se désamorce promptement, si l'on n'a eu soin de mettre un clapet dt pied au bas du tuyau d'aspiration.
D'ordinaire, l'alimentation se règle au moyen d'un robinet, placé sur le tuyau d'aspiration, et qu'on ouvre plus ou moins.
Si la même pompe doit donner l'eau à plusieurs chaudières, il est nécostsaire de placer un robinet de réglage sur chaque refoulement ; il faut alors ajouter à la pompe une soupape de sûreté S (fig. 147) pour éviter la rupture des tuyaux, en cas de fermeture de tous les robinets.
Dans tous les cas, il est indispensable de placer un clapet de retenue au point d'insertion du tuyau de refoulement dans la chaudière, pour empêcher que celle-ci ne se vide en cas d'avarie à la pompe ou à la tuyauterie.
La pompe alimentaire est commandée, soit par un excentrique spécial, soit, comme dans beaucoup de locomotives, par l'excentrique de distribution, au moyen d'un anneau {fig, 16) venu sur le collier d'excentrique, soit (fig. 90) par la crosse du piston.
Il convient souvent que Talinientation soit indépendante de la marche de la machine ; la pompe alimentaire est alors commandée par une petite machine spéciale, qui forme, avec la pompe, un ensemble appelé petit-cheval.
Aujourd'hui, on fait grand usage, pour Talimentation, de ïinjecieur Giff(u*d^ sur lequel nous aurons à revenir.
^8*7. Proportions des pièces de macliines. — Les proportions de détail se déterminent par la méthode empirique ; on compare les pièces à étudier avec les pièces analogues de machines fonctionnant bien; cette comparaison permet de déterminer, soit directement les proportions cherchées, soit, tout au moins, des coefficients applicables avec sécurité.
Les indications qui suivent sont tirées de bons ouvrages sur la matière (i) et de relevés directs sur de bonnes machines de types variés ; elles n'ont du reste rien d'absolu. Clavettes pour assemblage d'une tige avec un manchon : 1» Clavettes en fer :
Hauteur = Diamètre de la tige ; Largeur = 1/4 de la hauteur ; Fruit = 1/30 à 1/50.
2« Clavettes en acier : réduire les dimensions ci-dessus d'environ 20 0/0. Ces clavettes sont généralement arrondies sur leur tranche. Clavettes de rappel^ pour têtes de bielle, etc. :
Fruit 1/20, 1/10, jusqu'à 1/8.
Boulons, — Les proportions des boulons varient d'un atelier à l'autre ; voici quelques indications approximatives :
En désignant par d le diamètre de la tige du boulon, on peut prendre pour le boulon en métal poli :
Tête hexagonale, diamètre du cercle inscrit. . . 5 mm. -h 1,4 rf
Hauteur de la tête 2/3 d
Hauteur de l'écrou d
Filets triangulaires avec arêtes abattues :
Profondeur du filet, égale à sa hauteur 0 mm. 65 + — -
d'où diamètre au fond des filets 0,9 of — 1 mm. 3
Ces proportions ne s'appliquent qu'au cas des boulons ordinaires ; ceux ayant à subir des efforts exceptionnels (presses, culasses de canon, grandes têtes de bielle, etc.) doivent être calculés directement dans toutes leurs dimensions.
Pour serrer un boulon, on tient la tête pour l'empêcher de tourner et on saisit l'écrou avec une clef. Lorsque l'assemblage est tel que Ton ne puisse
(1) Notamment: publications diverses d'Armengaud, Reuleaux,le Corwf t'wc^eur, traduction Deblze et Mérijot, Savy, 1873.
DÉTAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR 167
tenir la tête, celle-ci doit porter un ergot, entrant dans une mortaise, qui s'oppose à la rotation.
Suivant les cas, la tète est carrée, hexagonale, en goutte de suif ou plate et se logeant dans un trou fraisé.
Pour les pièces exposées à des vibrations, il faut empêcher les écrous de se desserrer ; on y parvient au moyen de contre-écrous, de goupilles fendues, de clavettes, de roues à rocbet ou autres artifices analogues, appelés souvent freins de Técrou.
Quand la place manque pour loger la tête d'un boulon, on le visse directement dans l'une des pièces à réunir préalablement taraudée ; le taraudage pratiqué dans la fonte doit avoir, au moins, comme longueur, 1 fois 1/2 la hauteur de l'écrou.
188. Goefllcleiits relatir« A 1a réslsuuiee de» métAux. — Il est souvent difficile de se rendre un compte exact des efl'orts auxquels un organe doit résister ; exemple : les boulons d'attache du fond d'un cylindre ont à résister, non seulement à la pression de la vapeur sur le fond, mais aussi à la traction longitudinale résultant du fait même du serrage. On peut admettre que ces efforts inconnus sont proportionnels aux efforts mesurables, et, en étudiant les machines bien faites, on trouve, en effet, que les dimensions de leurs organes répondent k peu près à cette hypothèse.
On est ainsi amené à la méthode empirique suivante :
Relever sur de bonnes machines les dimensions des pièces analogues k celles que Ton étudie et l'effort maximum auquel elles sont exposées par V action seule de la vapeur (ou des forces mesurables quelconques) ; en déduire ainsi des coefficients relatifs à la résistance, que l'on applique dans les mêmes^conditions aux organes à déterminer.
Cette méthode conduit aux coefficients suivants, calculés d'après L'effort maximum que Vaction de la vapeur puisse produire ; ils expriment le travail du métal en kilogrammes par millimètre carré.
Boulons tenant les fonds du cylindre. Travail à la traction dans la partie la plus mince (fonds des filets) 2 k. à 3 k.
Tige du piston^ au point où elle est le plus découpée, travail maximum à la traction ou à la compression :
Tiges en fer 3 à 4 k.
« en acier 4 à 6 k.
ce q^i donne, pour le travail du corps de la tige, lorsqu'il n'y a pas de renflement pour l'assemblage avec la crosse :
Tiges en fer 2 k. à 2 k. 70
« en acier 2 k. 70 à 4 k.
Lorsque la tige est très longue, il convient de s'assurer qu'elle ne fléchira pas, en la calculant comme une colonne chargée'debout.
La bielle, dans sa partie la plus mince, doit avoir une section au moins égale à celle du corps plein de la tige.
Arbre coudé, considéré comme un solide chargé par la pression s'exerçant sur le piston, appliquée au milieu du vilebrequin et soutenu au droit des faces intérieures des deux paliers ; travail maximum du métal résultant du moment de flexion :
Arbre en fer 3 à 4k.
« en acier 4 à 6 k.
Arbre de couche coudé ou à manivelle, considéré au point de vue de la torsion, travail maximum au cisaillement :
Arbre en fer 2 k. 5 à 4 k.
Bouton de manivelle, travaillant à la flexion, considéré comme encastré dans la manivelle, et soumis à la pression totale sur le piston, appliquée au milieu de la portée du coussinet de la grosse tête de bielle ; travail maximum résultant de ce moment :
Fer 4 à 5 k.
Acier 7 à 10 k.
- Assemblage de la tige du piston avec la douille de la crosse. Pression sur la tranche de la clavette à Tintérieur de la tige du piston :
Fer 6 à 9 k.
Acier 9 à 12 k.
Pression sur la tranche de la clavette, dans l'épaisseur des parois de la douille :
Douille en fer 8 à 12 k.
Douille en fonte o à 7 k.
Travail delà clavette au cisaillement:
Fer 3 à 5 k.
Acier 4 à 7 k.
Ces divers coefficients sont souvent dépassés dans les locomotives ; dans ces machines, la question de légèreté a une grande importance ; d'autre part, elles sont l'objet d'un entretien fort minutieux et ne travaillent jamais d'une manière continue pendant plus de quelques heures. Les essieux coudés de locomotives sont exposés à des ruptures assez fréquentes.
Les coefficients ci-dessus ne se rapportent, bien entendu, qu'aux pièces des machines à vapeur travaillant dans les conditions normales ; on se gardera, par exemple, de les appliquer aux arbres de transmission d'un îitelier, qui se calculent par des règles toutes difl'érentes.
i80. Coeflnciento i*elatir« aux iiièces ttottAtktem, — La méthode empirique employée pour calculer les dimensions des pièces ayant à résister à des efi'orts, s'applique également au calcul des surfaces soumises à des frottements.
DÉTAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR 169
Quand, entre deux surfaces frottantes, la pression est trop élevée, Thuile est expulsée et le grippement se produit.
Au point de vue de la douceur du frottement, de la facilité du graissage, de la diminution de Tusure, il y a toujours avantage à répartir les efforts sur de larges surfaces, c'est-à-dire, à réduire la charge moyenne par centimètre carré des surfaces frottantes.
Voici les principales circonstances auxquelles il faut avoir égard dans cette détermination.
On réduira cette charge :
Si les vitesses relatives sont grandes ;
Si la chaleur développée par le frottement ne peut se dissiper rapidement.
On pourra au contraire l'augmenter :
Si les vitesses relatives sont faibles ;
Si les corps frottants sont constamment refroidis ;
SI les pressions sont intermittentes ou changent fréquemment de direction, ce qui facilite beaucoup la circulation de l'huile.
Les coefficients que nous donnons ci-dessous se rapportent à l'effort laaximum produit par la pression de la vapeur ; ils donnent les limites de charge pratique en kilogrammes far centimètre carré.
Glissières. On calcule la composante, normale k la glissière, de la réaction oblique de la bielle, la manivelle étant à angle droit sur la tige et le piston marchant à pleine pression. Cette composante, répartie sur la surface d'un patin, ne dépasse pas, par centimètre carré 3à6k.
Tourillons. Il y a intérêt, pour diminuer le travail du frottement, à donner aux fusées un petit diamètre ; pour réduire la charge unitaire, on a avantage à allonger la portée ; ainsi, au point de vue du frottement, il conviendrait que les tourillons fussent minces et longs ; et cela est d'autant plus nécessaire que la vitesse est plus grande ; maison est limité par la question de solidité et, souvent, par l'emplacement disponible.
Pour les tourillons très chargés et tournant lentement, la longueur peut être plus petite que le diamètre.
Pour des vitesses ordinaires (40 à 150 tours par minute), on peut prendre la longueur égale à 1 diamètre et demi .
La longueur peut être un peu plus grande pour les tourillons en acier.
Les coefficients suivants donnent la charge pratique par centimètre carré, calculée en divisant la charge totale sur le tourillon par l'aire du plan diamétral de la fusée (produit du diamètre par la longueur de la portée), pour tourillons en fer tournant dans des coussinets en bronze bien graissés :
Tourillons supportant une charge permanente,
vitesses ordinaires 35 à 50 k.
grandesvitessesjusqu'àlOtours par seconde 20 à 30 k.
Paliers ordinaires de machines, charge calculée d'a-
no CHAPITRB IX
près la résultante de la pression de la vapeur sur le
piston 20 à 30 k.
Coussinets de locomotines^ àBJiS les mêmes condilions. 35 à 50 k.
Coussinets de grande tête de bielie^ calcul comme cidessus, pour machines axes 25à iOL
pour locomotives 60 jusqu'à 100 k.
Coussinets de petite tête de bielle^ calcul comme cidessus, pour machines fixes 80 à 100 k.
pour locomotives, jusqu'à 200 k.
Les coefficients ci-dessus ne sont que des moyennes générales, que Ton .peut dépasser assez notablement, si les moyens de graissage et de refroidissement sont très parfaits ; d'autre part, rien n'oblige àatteindre des charges aussi élevées, et Ton a, au contraire, tout avantage, quand l'emplacement ou les autres circonstances le permettent, à assurer des frottements très doux, au moyen de larges surfaces de contact.
PRINCIPAUX TYPES DE MACHINES A ROTATION
lOO. Généralités. ^ Le travail résultant de Texpansion de la vapeur peut être recueilli au moyen de mécanismes extrêmement variés.
Nous n'examinerons, dans ce chapitre, que les machines dans lesquelles le travail est reçu par un piston se mouvant dans un cylindre, d'un mouvement rectiligne alternatif, puis transmis à un arbre de couche, animé d'un mouvement de rotation continue.
Ce n'est que par une série de simplifications que Ton en est arrivé à la transmission simple, qui constitue la machine à connexion directe étudiée dans les chapitres précédents.
lei. Maelilne À balancier de IPITatc. — Les premières machines à vapeur à rotation étaient celles de Watt à balancier (fig. 149) :
A Cylindre avec enveloppe de vapeur sur le fond supérieur et sur les parois cylindriques ;
B Piston ;
C C Tiroir en forme de D ;
D Tige du piston ;
E E Bielles pendantes ;
F F Balancier en fonte, oscillant autour de Taxe G G qui le traverse ;
H Grande bielle, généralement en fonte ;
K Manivelle ;
L L Arbre de couche ;
VV Volant;
M Excentrique commandant le tiroir par Tintermédiaire des pièces suivantes :
aa Bielle d'excentrique ;
bec Levier à déclanche, avec contrepoids d pour équilibrer le tiroir ;
ee Petites bielles verticales ;
f Traverse et tige du tiroir ;
N Condenseur ;
0 Pompe à air ;
PP Socle en fonte, formant bâti, et qui constitue, dans la partie QQ, la bâche à eau froide ;
R Bâche à eau chaude;
PRINCIPAUX TYPES DE MACHINES A ROTATION 173
S Pompe alimentaire ;
T Modérateur h force centrifuge, commandant la valve t ;
U U Colonnes et bâti supérieur, en fonte, supportant par les paliers g g Taxe G du balancier.
Ce type de moteur représente la transformation des anciennes machines à simple effet employées à l'épuisement des mines. Dans ces machines, la liaison entre le balancier (souvent en bois) et le piston était obtenue par une chaîne s*enroulant sur un arc de cercle fixé au balancier ; celui-ci était, alternativement, tiré dans un sens ou dans Tautre par le piston et par un contrepoids fixé à l'extrémité opposée du balancier.
-ÈWd. Pai»allélo9i*aiiime de i;Va.tt. ~ La recherche d'un lien inextensible entre le balancier et la tige du piston, et du guidage en ligne droite de cette dernière, préoccupa longtemps Watt. La glissière rectiligne eût été difficile à exécuter avec les moyens d'ajustage dont il disposait. U s'arrêta à la disposition appelée parallélogramme de Watt.
L'idée prit naissance de la manière suivante (1) : « Comme je trouvais « l'emploi des doubles chaînes ou des arcs dentés avec crémaillères très peu « satisfaisant pour passer du mouvement rectiligne du piston au mouvement « angulaire du balancier, je m'avisai de rechercher s'il ne serait pas possi- « ble de réaliser cette transformation en ayant recours à des mouvements « autour d'axes de rotation, et, au bout de quelque temps, j'arrivai à trou- « ver que, si  B et CD (fig. 150) sont deux rayons égaux, mobiles autour « des centres B et C et réunis par une « bielle A D, ces rayons en tournant « d'un certain angle, éprouvent, par « rapport aux lignes horizontales pas- « sant par leurs centres, des déplace- « ments égaux, de sens contraire, en c « môme temps que le point E décrit ^'*^' '*^-
«c une ligne sensiblement droite. Je me suis ainsi trouvé conduit au dispositif tt qu'on a désigné plus tard sous le nom de parallélogramme, »
La courbe décrite par le point E possède une inflexion à faible courbure et l'on peut l'assimiler à une droite, sur une longueur assez grande de l'arc qui avoisine la situation qu'occupe le point H lorsque les deux balanciers sont parallèles ; on l'appelle courbe à longue inflexion ; elle a, dans son ensemble, la forme d'un 8 allongé.
Les deux rayons étant supposés horizontaux, dans leur position moyenne, et leurs oscillations assez faibles, le point E décrit très sensiblement une droite verticale.
(i) Lettre de Watt à son fils, novembre i 808, extraite de la Cinématique de Reuleaux, traduction Debize, Savy, 1877.
Le brevet relatif an parallélogramme est de 1784.
Si (fig. 151) on prolonge le balancier en A F et qu'on complète le parallé- F o —
Fig. 451.
logramme articulé A D G F, de telle sorte que G se trouve sur le prolongement de B E, on constituera le système appelé pantographe et G décrira une courbe semblable à E par rapport à B, c'est-à-dire une droite verticale.
En ce point G, on attache la tige du piston, et en E celle de la pompe à air.
Remarque. — Il est facile de trouver autant de points que l'on veut décrivant des courbes semblables à E ; articulons en H et I une bielle H I parallèle à A D ; le point K de cette bielle qui se trouve sur la droite BG satisfera à la condition posée.
Dans la fig. 149, X Y est le contrebalancier (double) oscillant autour des points X X fixés au bâti supérieur ; la tige Z correspond à la droite G D de la fig. 151.
i03. ProportloBun habituelles. — Voici les proportions adoptées par Watt:
Course du piston = le double du diamètre ;
Longueur du balancier = 3 fois la course ;
Longueur de la grande bielle H (fig. 149) = celle du balancier ;
Le point F d'attache de la petite bielle est au milieu du bras G F du balancier :
Le contrebalancier X Y = F^G = FiF^ ;
La bielle pendante E égale la demi-course ;
La tige D prolongée coupe par moitiés la flèche de Tare décrit par le point Fj, de telle sorte que la bielle E s'incline également de part et d'autre de la verticale.
Ces proportions ont été généralement suivies par les conetructeurs.
Les machines de ce type ont toujours une vitesse modérée ; le balancier est une pièce lourde qui s'accommoderait mal d'oscillations rapides ; Watt donnait au piston une vitesse moyenne de 1 m. 20 au plus.
On applique souvent à ces machines le système Woolf en attachant la tige du grand piston au point G (fig. 151) et celle du petit piston en un point tel que K.
PRINCIPAUX TYPES DE MACHINES A ROTATION
1941. Détails de oonstr action. — Le balancier (fig. 152) peut être considéré comme une poutre portée en son milieu et chargée à ses extrémités ; on le fait en fonte et on lui donne la forme d'un solide d'égale résistance et la section en double T avec renforts au droit des assemblages des divers axes ; ceuxci sont en fer aciéreux, posés à chaud et consolidés par des clavettes. Les renforts sont réunis par une ner>iire médiane.
Fig. 152.
Les pièces du parallélogramme (fig. 149) sont doubles, la grande bielle est à petite fourche.
Quelquefois (fig. 153) dans les grandes machines, le balancier est à deux flasques, réunies par des entretoises creuses ; les pièces du mécanisme se logent entre les deux flasques.
Les rattrapages de jeu sur la grande et la petite bielle devraient être réglés de manière à s'équilibrer ; cette précaution est assez rarement obsen'ée. ^'^* ^^•
Les colonnes U (fig. 149) portant le bâti supérieur n'offrent qu'une résistance insuffisante à la poussée oblique de la bielle ; il convient de prolonger les poutres longitudinales du bâti supérieur et de les encastrer dans de solides maçonneries. Il vaut mieux encore donner aux deux supports des paliers g g la. forme de triangles indéformables, solidement entretoisés et assujettis par le pied.
Dans les grandes machines, il serait fort coûteux de donner au bâti inférieur une rigidité suffisante. Il faut emprunter aux maçonneries des massifs de fondation la stabilité nécessaira ; le bâti se réduit alors à une simple semelle, peu rigide par elle-même, et les maçonneries se font assez puissantes pour résister à l'effort de la vapeur.
i93. EmploUi den nia.clilno« à balancier. — Le grand avantage de ces nîachines est la suspension verticale du piston, ce qui rend l'usure du cylindre faible et bien uniforme et donne une étanchéité très satisfaisante.
Leur grand inconvénient, c'est d'être chères, de tenir beaucoup de place, d'exiger des fondations très solides et des bâtiments coûteux.
Avec leurs organes développés, leurs mouvements lents et amples, elles sont faciles à entretenir et s'usent peu.
Elles trouvent leur emploi dans les usines où la régularité de Tallure et la continuité du service sont des nécessités de premier ordre.
196. Paralléloirrc^nAna^c» dérivés de celai de ^V^att. — Il n'est pas nécessaire (fîg. 151) que A 6 soit égal à C D :
Soit (fi g. 154) deux rayons AB et C D de longueur R et r, horizontaux dans leur position initiale, oscillant autour des points fixes B et C et réunis
par la bielle A D ; ces rayons prenant les positions À' B, C D*, de telle sorte que A'D' = A D, cherchons le point F de cette bielle A' D' qui décrit une droite verticale. Ce point sera sur rhorizonlale du centre instantané de rotation E de la bielle, lequel se trouve à l'intersection E des normales aux courbes décrites par ses extrémités, c'est-à-dire des rayons G D' (prolongé) et A'B. La droite A'D' est coupée en G et en H par A B et G D, et, si son inclinaison sur la verticale est petite, on a A' G = D'H. Mais d'autre part :
D' H ou A' G
donc:
= a peu près -g-
F D' — G B — -F-"F'-° R Donc le point F décrivant une verticale sera sensiblement fixe sur la bielle.
i91^. ParaUélosrrttinnie d€»0 bateaux. — Dans les steamers à roue, le balancier AB (fig. 155) est en deux flasques embrassant le cylindre ; le petit contrebalancier C D, oscillant autour de C, est réuni par son extrémité D, au moyen d'une bielle pendante D E, à un point E du balancier, de telle sorte que F décrive une courbe à longueinfle xion ; le parallélogramme articulé B E D G étant complété, le point H de la bielle pendante B G prolongée, situé sur le prolongement de A F, décrit sensiblement une ligne droite, et on y attache la tige du piston.
PRINCIPAUX TYPES DE MACHINES A ROTATION
198. Maehine de bateaux. — La figure 156 représente une machine de steamer à roues établie d'après ces principes :
Machuic à bdiandtrs laiératut
pur EtAmner à rDues
Typed7ndrct.
ùm, 0.68 iiuiùfuà uthK etaatM 188^**^*
Fig. 456.
A Cylindre ; B Tige du piston ; C Té ou traverse du piston ; D D Bielles pendantes;
E F Balancier double (une flasque de chaque côté du cylindre) oscillant autour de Taxe a ; G Traverse de la grande bielle ;
H Grande bielle ;
1 1 Manivelles ;
J Arbre de couche ;
K Excentrique avec son contrepoids k ;
L Débrayage de la distribution ;
M Contrebalancier ;
N Bielle pendante, articulée en b au balancier ;
0 Lien ; le parallélogramme est constitué par le balancier, les bielles N et D et le lien 0 ; le mouvement est réglé par le contrebalancier M et la portion ab du balancier ;
P Boite à vapeur renfermant un tiroir en D de Watt en deux parties ;
Q Boîte de la valve ; la valve est manœuvrée à la main ;
R Boite d'une soupape équilibrée, pour la détente par obturation de l'arrivée de vapeur ; cette soupape est commandée par la tige c, qui est ellemême mise en mouvement par un excentrique à cames dont on voit le chariot en d ;
S Arrivée de vapeur ;
T Condenseur et bâche ;
e Un des conduits d'échappement ;
U Pompe à air (la pompe alimentaire est cachée derrière la pompe à air et conduite par la même traverse) ;
V Pompe d'épuisement de la cale ;
X Tuyau conduisant Teau de la bâche à eau chaude â la pompe alimentaire ;
Y Contrepoids du tiroir ; Z Tige du tiroir.
Les machines de ce type, aujourd'hui presque abandonnées, faisaient un service fort régulier, si ce n'est très économique. 199. Parallélosrramme d'Bvanti. — Soit (fig. 157), une tige C B, dont
le milieu D est assujetti à décrire un arc
de cercle de rayon m C D, autour d'un
^""^«-v^x point fixe A, et dont l'autre extrémité B
^^x^-^^T^,^^ décrit une droite horizontale passant par
^^ 1 ,^rrr^rî5. A. : je dis que C décrira une verticale pas-
/ A sant par A.
' X •-'' l En effet, si du point D comme centre,
\ avec DC = DA = DB comme rayon,
io nous décrivons un demi-cercle, il passera Fig. 157. parC, A et B; donc l'angle GABsera
droit et le point C se mouvra sur la verticale de A. C'est en ce point qu'on attache la tige du piston. Pratiquement, la trajectoi re rectiligne du point B est remplacée par un
PRINCIPAUX TYPES DE MACHINES A ROTATION
petit arc de cercle obtenu en reliant ce point, par une bielle B 0 suffisamment longue, à un centre fixe 0 placé sur la verticale de sa position moyenne.
Cette disposition a été inventée par Olivier Evans.
«MO. Pa,rallélo9i*a,iiinie de Peaucelller. — Le dispositif remarquable imaginé par le colonel Peaucellier a donné, pour la première fois, la solution rigoureuse du problème consistant à transformer, au moyen d'articulations, le mouvement circulaire en mouvement rectiligne et réciproquement.
Il se compose d'un losange articulé BG B'C relié par deux tiges BA, B'A au centre fixe A.
Joignant B B* qui coupe en D la diagonale G G* prolongement de A G, on
