Modélisation et construction de l’arithmomètre Thomas

Mécanisme d’entraînement

 

Le calcul aujourd’hui nous paraît si simple ! Il suffit d’appuyer sur une touche pour que le résultat apparaisse, sans fautes : le rêve !
En cette aube du 19ème siècle, Thomas n’imaginait sans doute pas que des moteurs viendraient remplacer la main humaine, ni que de petits circuits imprimés rendraient les machines si transportables !

 

I) Description du mécanisme d'entraînement

 

A) Description

Reportons nous aux figures A, B et C des pages suivantes. 
Le système se compose d'une suite de roues a, b de chacune 18 dents, engrenant l'une avec l'autre. Une roue c de 36 dents leur transmet le mouvement, qu'elle reçoit elle-même lorsque l'on tire un ruban de soie enroulé autour d'un barillet d muni d'un rochet (Fig.C).
Positionné sur le même axe, un ressort spirale, fixé sur la platine, permet au cordon de retrouver sa position première. 
Chaque fois que l'on tire le cordon d'une longueur correspondant à la circonférence du barillet d, les roues a transmettent aux cylindres 2 cycles de rotation. Pour obtenir la valeur maximale (9 tours), l'utilisateur devra tirer le cordon de 4,5 fois la circonférence du barillet, soit environ 30 cm  de ruban. 

 

B) Les différents pignons en jeu

 

  • Pignons a

Dans le brevet de 1820, Thomas a choisi des pignons a de 18 dents. Ceux-ci tournent dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.
Rappelons nous que les cylindres i sont taillés sur une base de 14 dents (dont 4 ont été enlevées).Le montage serait grandement facilité si le pignon d'entraînement a du cylindre avait 14 ou 28 dents.
Il suffirait de tous les indexer en rotation de la même manière par rapport aux cylindres, puis de les décaler, au montage, d'une ou deux dents pour que les cylindres aient le bon décalage, et permettre le pont de report (report en cascade).

Dans le cas d’un pignon à 18 dents, c’est plus délicat car il faut ajuster la position angulaire de chacun des pignons b par rapport à son cylindre pour avoir le bon décalage ! Ceci implique que chaque couple cylindre-pignon a son propre réglage.

Si la machine doit être démontée pour entretien, il y a intérêt à bien repérer la position de chaque cylindre et de chaque pignon dans la machine, ainsi que la position angulaire de chaque pignon par rapport à son cylindre.
Notons toutefois que cet inconvénient n’et pas rédhibitoire pour le bon fonctionnement de la machine.

 

Par souci de standardisation, on retiendra la valeur 14 pour ce pignon

 

  • Pignons b

 

Des pignons intermédiaires b font que les cylindres tournent dans le même sens. Le nombre de dents du pignon intermédiaire n'a pas d'importance pour le bon fonctionnement de la machine. Ce nombre dépend uniquement de l'entraxe des cylindres.

Par souci de standardisation, on retiendra la valeur 14 pour ce pignon

 

 

  • Pignon c
     

La roue c entraîne les roues a et b d’un demi tour par cycle. Elle tourne dans le sens des aiguilles d’une montre.

Le rapport de multiplication de l’engrenage (c, a) a deux conséquences sur le fonctionnement de la machine :

  1. Plus le rapport est grand, plus l’effort de traction sur le ruban est grand. On est limité par la résistance du ruban de soie et la force que l’on souhaite mettre en oeuvre pour chaque calcul.
  1. Plus le rapport est petit, plus il faut de longueur de ruban pour un cycle de calcul.

Le rapport à adopter est donc fonction du compromis que l’on choisit entre force et déplacement du ruban.
Sans aucune expérience préalable, nous adoptons le même rapport que celui de Thomas.

 

Si l’on réduit le nombre de dents des pignons a de 18 à 14 dents, alors la roue c, initialement de 36 dents passera logiquement à 28 dents.

 

 

 

Roues & Pignons

Qualité

Quantité

Nombre de dents

a

Pignon intermédiaire

4

14

b

Pignon de d'entraînement  des 4 cylindres et de la dent o

5

14

c

Grande roue d’entraînement

1

28

 

 

Illustrations

 

Fig. A
Vue interne de la cage principale
On distingue le système propulseur à gauche, avec le ressort, le barillet sur lequel s’enroule
 le cordon de soie et la roue à rochet, permettant le retour du cordon en position initiale
 sans provoquer la rotation des cylindres. Le cordon de soie s’enroule sur le tambour
par-dessous, comme le suggère l’ombre sur le dessin.

 

Fig. B
Vue en transparence de la platine avant
Le pignon c de 28 dents entraîne les roues a et b de 14 dents.
Un tour de pignon c va générer deux tours des pignons a

 

Fig. C
Mécanisme d’entraînement (détail)


 

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2007