Brevet FR2140065A1 — publié le 19730112

La présente invention concerne une pompe à débit varia ble pour installations hydrauliques, du type de celles qui comportent en général des pistons parallèles ou des pistons dits coaxiaux ou similaires, c'est- -dire qu'elle comporte en général une couronne de pistons disposés autour de l'axe de l'ensemble et travaillant dans des cylindres parallèles à cet axe ; la commande des pistons est effectuée par un organe annulaire dont l'inclinaison est variable par rapport à l'arbre de la pompe qui s'étend axialement, de manière à faire varier le débit de la pompe par son inclinaison ; cet organe annulaire orientable est associé à un anneau rotatif sur lequel s'articulent les tiges des pistons multiples de la pompe.Un joint susceptible d'assurer un accouplement angulaire de transmission,ainsi que des mouvement d'oscillation de l'anneau rotatif et oscillant, doit être prévu entre l'arbre et cet anneau rotatif. Ce joint doit avoir des caractéristiques propres à assurer l'uniformité de débit instantané, quelle que soit la position relative des éléments de la pompe. L'invention résout ce problème, en fournissant en même temps la possibilité d'un montage et d'un démontage faciles, tout en conservant le schéma classique de la structure de la pompe. L'invention concerne également d'autres utilisations d'un ensemble à plusieurs systèmes à cylindre-piston semblable dont il a été question ci-dessus à propos de la pompe ; par exemple, l'invention peut être appliquée dans certains cas à la réalisation d'un moteur hydraulique. Dans les modèles jusqu'ici construits de pompe à débit variable du type précité, l'anneau inclinable qui porte les sièges des bielles est mis en rotation par un cardan usuel à axes perpendiculaires qui, en raison de sa cinématique, imprime à l'anneau un mouvement non uniforme à chaque tour ; en conséquence, le débit de la pompe en subit l'influence et prend un caractère pulsatoire.On sait en effet qu'une transmission effectuée au moyen d'un cardan à axes perpendiculaires ne transmet un mouvement uniforme que si les axes d'entrée et de sortie du mouvement sont alignés et situés dans le même plan, tandis qu'elle altère l'entrainement en rotation entre l'axe d'entrée et l'axe de sortie si ceuxci sont inclinés l'un par rapport à l'autre ; l'allure de l'alte- ration du mouvement entre les axes mentionnés a des caractères sinusoldaux, décrivant deux courbes sinusoVdales dans chaque tour, dont l'amplitude varie avec la variation de l'inclinaison des axes de transmission et, plus exactement, varie selon l'angle formé par les deux axes de transmission.En raison de l'effet décrit cidessus, provoqué par le cardan, le débit de la pompe - qui en subit l'influence - prend un caractère pulsatoire à fréquence double de la vitesse de rotation de la pompe elle-même. Cette allure, tout en étant préjudiciable à cause des efforts qu'elle impose aux organes mécaniques en raison des accélérations, n'est pas admissible dans les pompes hydrauliques destinées à des variateurs pour servomécanismes, lesquels exigent des pompes à débit très uniforme. Selon d'autres modes de réalisation, il est prevu un accouplement entre l'arbre de la pompe (ou un autre organe) et le corps dans lequel sont formés les cylindres, le joint à la Cardan étant limité à l'entraînement cinématique de l'anneau inclinable, tandis que les accouplement dynamiques se produisent directement avec le corps des cylindres. Cette solution offre quelques inconvénients qui en déconseillent l'adoption dans de nombreux cas. Selon l'invention, il est prévu un accouplement entre l'arbre de la pompe ( ou organe équivalent) et ledit anneau inclinable qui est en prise avec les tiges des pistons, au moyen d'un joint homocinétique qui comporte un élargissement sphérique sur l'arbre, une cage à billes, un siège dans l'anneau et des gorges qui s'étendent axialement sur les surfaces affrontées de l'elar- gissement sphérique et du siège dans l'anneau, pour constituer des sièges pour les billes qui sont maintenues par la cage interposée entre l'élargissement sphérique et l'anneau inclinable ; le fond des gorges pour les billes présente, dans les deux éléments dans lesquels ces gorges sont creusées, un profil géométrique actif circulaire, le centre des profils des gorges de l'élargissement sphérique décalé par rapport au centre du joint et le centre des profils des gorges formées dans le siège creusé dans l'anneau étant décalé du côté opposé par rapport au centre du joint, ces deux centres des profils se trouvant sur l'axe de l'ensemble.La cage présente deux parties de surfaces sphériques concentriques, in térieure et extérieure, qui, à l'état monté, coopèrent avec des parties de surfaces sphériques concentriques de l'élargissement sphérique de l'arbre et du siège dans l'anneau ; la surface sphérique intérieure de la cage - coopérant avec la surface de l'elar- gissement sphérique de l'arbre --se raccorde à une partie de sur face- -cylndrique de-diametre correspondant qui s'étend depuis le plan passant par le centre de la sphère et parallèle aux bords annulaires de la cage, jusqu'à l'un des bords annulaires de cette cage ; pour coopérer avec la partie de surface sphérique extérieure de la cage, le siège dans l'anneau inclinable présente une partie sphérique qui se raccorde avec une partie cylindrique de diametre correspondant qui s'étend depuis le plan transversal passant par le centre de la surface sphérique jusqu'à une extrémité du siège. En outre, les gorges à billes qui sont creusées dans l'élargissement sphérique doivent être suffisamment dévelop pées pour permettre le passage en direction axiale de l'élargis- sement sphérique de l'arbre le long de la partie cylindrique raccordée à la surface sphérique intérieure de la cage. Ainsi est possible le montage de la cage dans le siège de l'anneau, puis celui des billes et celui de l'élargissement de l'arbre par rapport à la cage et aux billes contenues par celleci. Les gorges creusées dans l'élargissement sphérique de l'arbre peuvent se terminer - du côté opposé auxdites surfaces cylindriques - par une partie dont le fond est parallèle à l'axe de l'arbre ou, de toute façon, elles sont creusées de sorte que leur bord d'extrémité ne dépasse pas la partie la plus saillante en direction radiale du fond de ces gorges. L'invention pourra de toute façon être bien comprise à l'aide de l'exemple de réalisation qui est illustré par les dessins et qui ne doit pas être considéré comme limitatif de 1'in- vention - la figure 1 est une vue en coupe axiale de la pompe, - la figure 2 est une autre vue axiale en coupe partielle selon la ligne TI-TI de la figure 1. - la figure 3 représente, à échelle agrandie, un détail du joint, - la figure 4 est une coupe schématique, selon un plan transversal de la cage représentée isolément, - la figure 5 est une coupe transversale passant par la ligne V-V de la figure 2. Sur les figures 1 et 2, on a désigné par 1A, lB, 1C des parties constituantes du corps de la pompe. La partie 1B forme un logementoxrunorgane 3 qui constitue le distributeur et qui est de type connu en soi, avec une surface convexe interne 3A en ca lotte sphE ue, contre laquelle prend appui la surface sphérique concave correspondante d'un corps 5 dans lequel sont formés les cylindres ; ce corps 5 présente des cavités cylindriques 7 paral lèles à l'axe dudit corps, cavités dans lesquelles coulissent des pistons 9. Les pistons sont articulés sur des tiges 10 qui se terminent en dehors de la cavité cylindrique par des têtes sphériques 10A.C'est par l'intermédiaire de ces têtes sphériques 10A que doit être transmis le mouvement axial cyclique aux pistons 8, avec décalage entre les différents cylindres répartis en cercle, et c'est en outre par elles que le mouvement de rotation doit être transmis au corps 5, à partir d'un arbre 12 qui sort en traversant la partie 1C du corps de la pompe et qui est monté sur ce corps au moyen de roulements 14. L'extremité P2A de l'arbre 12 est logée partiellement dans le corps 5, afin de centrer ce dernier, ce que permettent la forme du joint et les possibilités consécutives de montage et de dimensionnement ; un ressort 16 agit entre l'arbre et le corps 5 pour presser ce dernier contre la surface 3A du distributeur 3. Vers son extrémité 12A, l'arbre 12 présente un élargissement sphérique 18 dont le centre constitue le centre du joint homocinétique qui sera décrit ci-après. On a représenté en 20 un support annulaire oscillant, supporté par des broches 22 qui définissent un axe transversal d'oscillation du support 20, ces broches 22 étant montées par l'intermédiaire de roulements 24 dans la partie 1A du corps de la pompe et étant également utilisées pour la manoeuvre par ltexterieur. La variation d'inclinaison du support 20 determine la variation du débit par tour de l'arbre 12. Par l'intermédiaire de moyens de roulement à billes 26, le support 20 loge un anneau 28 inclinable et rotatif, cet anneau constituant un élément du joint homocinétique dont l'autre élément est formé par l'élargissement sphérique 12. Les têtes sphériques 10A des tiges 11 des pistons 9 sont articulées dans l'anneau 28. Pour la liaison cinétique des éléments 18 et 28, il est prévu un ensemble de billes 30, ainsi qu'une cage 32 (voir fig.3) munie de sieges traversants 33 de forme cylindrique à axe radial pour ces billes. L'anneau 28 forme un siège qui est partiellement sphérique dans la zone 34A et qui se prolonge par un segment cylindrique 34B. Dans ce siège sont creusées des gorges longitudinales 36 pour les billes 30, ces gorges étant formées avec un profil circulaire centré en O1 sur l'axe du joint en position symétrique, ce centre O1 étant décalé par rapport au centre O de la surface 34A et de la surface de l'élargissement 18. La cage 32 possède d'une part une surface sphérique extérieure 32A susceptible de s'accoupler A, c'est-à-dire d'épouser, la surface 34A. La cage 32 possede d'autre part une surface sphérique intérieure 32B en forme de secteur sphérique se prolongeant par une partie de surface cylindrique concave 32C qui s'étend à partir du plan transversal passant par le centre O, lequel est à la fois le centre de la surface 34A, de la surface 32A, de la surface 32B et de la surface de l'élargissement sphérique 18 qui épouse la surface 32B. Pour loger partiellement les billes maintenues par les sièges 33 de la cage 32, il est creusé, dans l'élargissement sphérique 18, des gorges longitudinales 38 dont le fond a un profil circulaire centré en 02 sur l'axe de l'ensemble, mais du coté opposé au centre 1 par rapport au centre O.A leurs extrémités les plus proches de l'extrémité 12A de l'arbre 12, les gorges se prolongent comme indiqué en 38A, de telle sorte que les sections transversales des gorges 38, selon des plans perpendiculaires à l'axe de l'arbre et faisant suite au plan passant par le centre 2 soient plus grandes que les sections transversales de ces gorges selon le plan transversal précité passant par le centre 02. Dans la disposition illustrée, il est prévu une pompe comprenant sept systèmes à cylindre-piston 7, 9, ainsi qu'un joint homocinétique 28, 32, 18, 30 à sept billes 30 et, par suite, à sept gorges 36 et 38 respectivement, les gorges 36 étant creusées en position intermédiaire - en direction angulaire - entre deux sièges voisins pour des têtes sphériques 10A. Avec la disposition décrite et représentée, il est possible : de dimensionner les différents organes de manière suffisante pour les buts recherchés et pour les forces en jeu ; d'effectuer le montage des différents organes avec facilité et sans une forme particulière anormale par rapport à une symétrie axiale de l'ensemble (de sorte aune, pour le montage, on place la cage 32 dans le siège formé par l'anneau 28, on introduit les billes 30 dans les sièges 33 de la cage 32 et on insère axialement l'arbre 12 de droite à gauche en considérant les figures 1 à 3, en faisant correspondre angulairement les positions des billes 30, des gorges 36 et des gorges 38, ce que permettent les profils cy lindriques 34B et 32C) ; et d'assurer l'accouplement axial entre les éléments 28 et 18 par la stabilisation axiale extérieure entre les organes en mouvement de la pompe et de ses moyens de commande. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui o-nt été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Pompe hydraulique à débit variable ou autre organe équivalent, comportant une couronne de pistons disposes autour de l'axe de l'ensemble et travaillant dans des cylindres parallèles à cet axe, la commande des pistons étant effectuée au moyen de l'organe annulaire dont l'inclinaison est variable par rapport à l'arbre axial de la pompe et rattaché par articulation à rotule, caractérisé par le fait que cette articulation est un joint homocinétique - de type connu en soi - comportant un élargissement sphérique sur l'arbre, un siège dans l'anneau qui constitue l'organe oscillant, une cage pour des billes avec des parties de surfaces sphériques intérieure et extérieure coopérant avec des surfaces sphériques correspondantes de l'élargissement sphérique et du siège dans l'anneau, ces parties de surfaces étant concentriques entre elles par rapport au centre du joint, et des gorges s'étendant axialement sur les surfaces affrontées de l'élargissement sphérique et du siège dans l'anneau, pour constituer des sièges pour les billes qui sont maintenues par la cage interposée entre l'élargissement sphérique et l'anneau inclinable, le fond des gorges pour les billes dans les deux éléments dans lesquels elles sont creusées présentant un profil géométrique actif circulaire dont les centres sont situés sur l'axe mais sont décalés de part et d'autre par rapport au centre desdites surfaces sphériques du joint - et caractérisé en outre par le fait que la surface sphérique intérieure de la cage - qui coopère avec la surface de l'élargissement sphérique de l'arbre - se raccorde à une partie de surface cylindrique de diamètre correspondant, s'étendant à partir du plan qui passe par le centre de la sphère et est parallèle aux bords annulaires de la cage, jusqu'à l'un des bords annulaires de cette cage par le fait que la partie de surface sphérique du siège de l'anneau inclinable - qui coopère avec la surface sphérique extérieure de la cage - se raccorde à une partie cylindrique de diamètre correspondant qui s'étend à partir du plan transversal passant par le centre de la surface sphérique jusqu'à une extrémité du siège ; et par le fait que les gorges pour les billes, qui sont creusées dans l'élargissement sphérique, sont suffisamment développées pour permettre le passage, en direction axiale, de l'élargissement sphérique de l'arbre le long de la partie cylindrique se raccordant à la surface sphérique intérieure de la cage. 2 - Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élargissement sphérique de l'arbre est formé d'un seul tenant avec l'arbre lui-même. 3 - Pompe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que l'arbre à élargissement sphérique présente un prolongement qui est logé dans le corps des cylindres, de manière à assurer le centrage de celui-ci.