APPAREILS PROPRES A LA MESURE DU TRAVAIL

Le travail se mesure à l'aide de dynamomètres y qui se divisent en deux classes :

1** Les dynamomètres à! absorption qui consomment le travail que fournit une source, et dont le type est le frein de Prony ;

2"* Les dynamomètres de transmission^ qui mesurent le travail que transmet une source à un récepteur quelconque.

Frein de Prony. — Cet instrument, dont la description figure dans tous les traités de mécanique, est le plus employé de tous.

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Fig. 187.

Il est facile à construire dans tous les ateliers, et très peu dispendieux.

Il serait bien inutile de le décrire ici, si malheureusement il n'était pas, dans la plupart des cas, mal construit et mal employé.

La forme générale que les figures classiques assignent à cet appareil est celle de la figure 187.

Quelquefois, afin de l'équilibrer et de n'avoir pas à tenir compte

de son poids, on le constitue à Taide de deux pièces semblables, la queue de la pièce inférieure étant à l'opposé de celle de la pièce supérieure.

Le mode d'emploi qui représente la figure est tout à fait défectueux. Il est facile de voir, en effet, que le levier ne peut pas rester

en équilibre entre les butées. On peut, non sans difficulté, le faire osciller de Tune à l'autre, mais jamais rester entre les deux. La raison en est simple : l'équilibre est instable.

Figr. 489.

Supposons en effet l'équilibre un moment établi et admettons que le couple moteur vienne à augmenter.

Le frein est entraîné dans le sens du mouvement, le bras de levier du poids qui était A B devient A C = A B cos a (fig. 188). Donc il diminue, et le couple résistant diminue également.

L'équilibre est donc instable pour toutes les variations positives du couple moteur.

Rien n'est plus facile que de remédier à cet état de choses. Il suffit de renverser le frein, de manière que la branche soit plus

APPENDICE

bas que Taxe de rotation (fig. 189). On reconnaît alors de suite que réquilibre est stable dans tous les cas; et cette modiilcaiion si simple apporte une facilité considérable dans l'emploi du frein.

Mais un autre inconvénient pratique subsiste encore. Le travail absorbé se règle d'ordinaire par la manœuvre des écrous des boulons de serrage b.

Or, à la place où l'on met d'habitude ces boulons, il n'y a aucune

élasticité. Le moindre mouvement des écrous produit une variation importante du travail absorbé, et donne lieu à des oscillations du frein qui vient trop souvent encore au contact de ses butées. Aussi est-il préférable de reporter les boulons plus loin, vers

Fig. 191

le tiers ou la moitié de la longueur des branches (fig. 190). On profite ainsi de l'élasticité du bois, et le réglage en devient beaucoup plus facile.

Les remarques qui précèdent sont dues au général Poncelet : elles paraissent malheureusement peu connues, ce qui est infiniment regrettable. L'auteur avait dû les refaire pour son propre compte, avant d'en connaître l'origine, et avait été amené au type

de la ligure 191, destiné à la mesure des puissances inférieures à 2 chevaux-vapeur.

Des ressorts à boudin sont intercalés sous les écrous de serrage. La branche est reportée assez notablement en dessous de Taxe par remploi de poulies d'un diamètre assez grand (10 cm. de diamètre pour un cheval), qui procure en même temps l'avantage d une grande surface et d'un échauffoment moJéré du frein.

Un appareil de ce genre se règle avec la plus grande facilité : lorsqu'il est en équilibre, on peut donner un léger choc au levier;

Fig. 192.

il se met alors à osciller comme un fléau de balance, et revient rapidement à sa position d'équilibre. Il s'y maintient sans difficulté pendant plusieurs minutes, c'est-à-dire bien plus que le temps nécessaire pour faire les lectures sur les autres appareils qui effectuent les mesures simultanées.

Lorsque les expérience^ doivent avoir une durée considérable, on emploie avec avantage une disposition à réglage automatique,

La figure 192 représente l'une d'elles, étudiée et employée par les usines du Creusot, où elle sert à des expériences qui se prolongent pendant plusieurs heures. Le frein ordinaire est complété

APPENDICE 303

par une disposition de bielles d d S qui modifie le serrage. Le point s est sollicité d'une part par le ressort taré R et de Tautre par le poids G.

La figure montre que si le couple moteur augmente, et entraîne le frein, le résultat du petit mouvement qui se produit est d'augmenter le serrage des mâchoires.

Les poids d'équilibre se mettent en H.

Pour tarer ce frein, on intercale entre les mâchoires une pièce de bois aussi légère que possible, qui les empoche de se serrer sous leur poids ou sous celui du levier et du plateau. On supprime la liaison entre le ressort R et la pièce S. Enfin on place sous le milieu de la mâchoire supérieure, une pièce sur laquelle repose le frein. On peut aussi le suspendre à une corde attachée au même point.

On place alors des poids en H jusqu'à ce que le frein soit entraîné d'une manière lente et continue; puis on retire progressivement du plateau des poids que l'on reporte près du bout du levier, jusqu'à ce que le frein soit entraîné en sens inverse.

Les poids qui restent en H sont évidemment la tare du frein.

Pour l'emploi : on met en marche, et on amène le levier à l'horizontalité en chargeant en H, et on mesure la vitesse.

Si celle-ci est trop forte, c'est que le serrage est insuffisant : on charge alors en G, et comme le frein s'incline sous cette nouvelle charge, on charge de nouveau en H pour le ramener à être horizontal. On opère ainsi jusqu'à ce qu'on ait obtenu le nombre de tours voulu.

Il est facile de voir que la condition pour que le frein se règle automatiquement, est que le poids placé en G sur le plateau de serrage soit supérieur à celui qui est nécessaire pour équilibrer le frein.

Cette limite atteinte, ce poids peut d'ailleurs être quelconque; une surcharge est absorbée par le ressort R, et ne fait que modifier l'inclinaison du frein de manière à mettre le serrage en équilibre avec les poids.

Soit P, le poids total en G, P', la tension du ressort.

30i MACHINES DYNAMOÉLECTRIQUES

L'action de ces forces, reportée sur Tare, est :

Soit P' le poids total en H,

T la lare du frein.

En posant P = P'T, le poids, sur Tare, qui fait équilibre au frottement est P — /?, et on a

(P — p) Ln .

W = ' -~ chevaux- vapeur

Fi g. 193.

Les ingénieuses combinaisons de freins de M. Radar J, bien

APPENDICE

connues en France, sont moins employées que les dispositions précédentes qui possèdent Tavantage d'une grande simplicité.

Parmi les dynamomètres de transmission, le plus connu est celui de M. Hefner-Alteneck.

Il se compose (fig. 193) d'un système de quatre poulies dont deux F F sont fixes et servent de guides, et dont les autres D^ et D, sont solidaires et montées sur un châssis articulé autour du point C.

Un ressort S, réglable à volonté, soutient ce châssis. Sa tension se lit sur une échelle supérieure E, lorsqu'un index fixé entre les poulies est ramené en force d'un repère fixe, établi au niveau de Taxe de B.

B est la poulie de l'organe récepteur, qui doit tourner dans le

Fig. 194.

sens mdiqué par la flèche. Les poulies D» D, FF étant égales, les brins intercalés sont parallèles.

L est un amortisseur de vibrations.

La tension du ressort S peut servir de mesure à l'effort tangentiel R exercé sur la poulie B, et par suite, au travail transmis. En effet, dans la figure 194, on a, en appelant P le poids du système mobile, rapporté au bras de levier / :

(F - P) / = T (c + a) - S (rf 4- 6)

L'effort moteur sur la circonférence de la poulie étant R, on a:

R = T — S D'où

306 MACHINES DYNAMO-ELECTRIQUES

Pour quo T disparaisse, il faut faire en sorte qu'on ait c=rf et fl z= A, ce qu'on obtient en ramenant toujours Tindex inférieur à son repère.

On a alors :

On fait la lare du ressort, soit en détachant le système articulé que Ton tare séparément, et chargeant le ressort seul de poids

Fi p. lUÔ.

connus, soit au contraire en laissant suspendu le système articulé, et en graduant à partir du faux zéro ainsi obtenu. La force P peut alors se déterminer pour chaque lecture par simple renversement du mouvement, et par soustraction des deux équations ainsi obtenues.

Le terme relatif à la raideur est négligé.

Cet appareil ne peut évidemment être employé qu'avec des courroies qui ne présentent aucune surépaisseur à la jonction.

Les meilleures à ce point de vue paraissent être celles qui sont formées de maillons de cuir montés sur des axes en acier, et dont l'apparence est analogue à celle d'une chaîne de Galle. Ces courroies marchent très droit, sont tout à fait plates, et à peu près dépourvues de raideur.

APPENDICK M):

Un autre bon modèle de dynamomètre de transmission est celui de Banki, que construit la maison Ganz, de Budapest.

La ligure 196 représente une vue de cet appareil qui est une véritable balance.

Deux poulies doubles sont montées folles sur un arbre commun. L'une reçoit la courroie du moteur, l'autre celle du récepteur.

Fip. 1%.

Le mouvement est transmis d'une des poulies à Tautre, à Taide d'une courroie sans fin qui va se renvoyer sur deux g-alets verticaux G (fig. 197).

Ceux-ci sont portés à Textrémité d'un levier pivotant autour d'un axe A, voisin de l'arbre des poulies. Le levier est équilibré par un contrepoids P et finalement par le ressort R.

Il est facile de comprendre que lorsque la courroie intermédiaire transmet un elTort. la différence entre la somme des tensions des brins conducteurs et des brins conduits a pour eflet de

sollioiter le grand levier dans un sens déterminé. Le ressort R fléchit et sa force élastique rétablit l'équilibre.

Il suffît donc de mesurer sa flexion pour en déduire la connaissance de Teffort.

En eCfet, appelons n la composante du poids du système mobile, elle que Ur ^ p l, p étant le poids total et / la distance du centre de gravité à Taxe.

Supposons d'abord P' = 0, et soit k la charge qui, appliquée

Fig. 197.

directement au ressort, lui donne un millimètre de flèche, et x la flèche, on a :

ha Ce Ba

Mettant maintenant un poids en P^ on a :

De ces deux équations, on déduit de suite la relation qui existe entre P' et la flèche x

et si Ton pose P" r = P' A/, on en déduit Teffort P" à la circonférence des poulies, en fonction de la flexion du ressort.

Le jeu des tensions des courroies agit en effet exactement comme le poids P'.

APPENDICE

Ces équations contiennent la théorie de Tappareil et le procédé de tarage.

L'emploi des dynamomètres de transmission soulève toujours une difficulté : c^est la connaissance du travail qu ils absorbent par eux-mêmes et qui est enregistré en même temps que le travail utile.

Dans l'appareil dont il s'agit ici, on reconnaît aisément que,

Fig.: 198.

si Ton fait tomber la courroie qui commande le récepteur, la flèche du ressort enregistrera la puissance consommée par l'instrument lui-même.

On a, en effet (fig. 196), a étant un coefficient connu, Qt V la vitesse de la courroie.

aar=[(T, + T,)-(T, + Tj] V

Appelant W les puissances absorbées par chacune des poulies, on a :

On peut admettre en outre que Ton a W, = Wj, hypothèse

assez vraisemLlablc dans les conditions où l'on se trouve ; on en déduit :

On a donc bien a x = W, comme on Ta annoncé.

L'appareil est disposé avec un enregistrement que Ton peut rendre continu. Le ressort agit sur un parallélogramme de Watt qui porte un crayon. Celui-ci trace sur une bande de papier qui se déroule sous l'action même de Tappareil. Un crayon auxiliaire iixe marque la ligne de zéro.

Le déroulement est commandé à la main à Taide d'un embrayage à friction, et l'appareil est complété par un tachymôtre qui donne la vitesse angulaire de l'une des poulies principales.