Brevet FR2181562A1 — publié le 19731207

La présente invention concerne un vérin hydraulique permettant, à partir d'un organe fixe, la commande d'organes rotatifs. Un tel vérin est particulièrement applicable aux mandrins de serrage utilisés sur les machines-outils. On sait,-notamment par le brevet français n0 1.075.565, qu'il est possible, à partir d'un poste fixe, de commander, par la voie d'un vérin hydraulique, un organe rotatif en utilisa#nt un vérin lui-même rotatif, alimenté à travers un joint hydraulique tournant. Comme il est exposé dans ce brevet, ce joint rotatif ne comporte aucun contact solide entre pièces fixes et pièces tournantes. Les deux canalisations de liaison avec les deux compartiments du vérin sont ménagées dans un arbre cylindrique porté par des paliers de roulement dans un manchon comportant deux gorges, alternativement sous pression d'huile, mises respectivement en relation avec lesdites canalisations. La grande perte de charge, qui se produit par le laminage d'huile dans la fente annulaire entre le manchon et l'arbre, permet, sans perte prohibitive de pression, la transmission de l'huile sous pression de la partie fixe à la partie tournante, tandis que la fuite d'huile est utilisée pour lubrifier les roulements de support de l'arbre dans le manchon. Ce dispositif, généralement adopté, présente quelques inconvénients : la fuite d'huile par la fente annulaire croît en fonction de la pression ; de plus, la vitesse d'utilisation est limitée en raison de l'échauffement ; enfin, et surtout, cette réalisation ne se prête à aucun réglage et ne peut entre obtenue avec certitude que par un usinage dans lequel les tolérances sont négligeables. L'invention remédie à ces inconvénients tout en évitant les contacts entre solides tournants et fixes. Elle a pour objet un vérin hydraulique annulaire comportant un piston mobile dans un cylindre partageant celuici en deux compartiments et permettant la commande avec transfert d'énergie du déplacement relatif de deux organes en rotation autour d'un axe confondu avec l'axe dudit cylindre. Selon l'invention, ces deux organes sont solidaires respectivement de deux disques plats annulaires, sensiblement de même surface, disposés avec un faible jeu dans deux gorges plates, l'une pratiquée dans le piston, l'autre dans le cylindre du vérin annulaire maintenu fixe, chacun des compartiments de vérin communiquant respectivement avec la face de la gorge du piston située du côté de ce compartiment et avec la face de la gorge du cylindre tournée en sens opposé de cette dernière face par une pluralité de gicleurs régulièrement répartis autour de l'axe et débouchant vers le centre de cavités séparées, creusées dans lesdites faces en regard des disques associés et occupant au moins partiellement le secteur correspondant à chaque gicleur. De préférence en outre, le nombre de gicleurs est le même pour les deux faces de gorges communiquant avec un même compartiment de vérin. Dans une telle réalisation, les deux disques tournent, respectivement par rapport au piston et au cylindre, dans les gorges plates de ceux-ci. Dès que l'un des compartiments est alimenté, l'autre étant à l'échappement, il se produit un déplacement relatif du cylindre et du piston et, en même temps, avec la pression d'huile d'alimentation, les deux jeux de cavités correspondant aux deux faces, l'une du disque de piston, l'autre du disque de cylindre, se remplissent d'huile sous pression, ce qui empêche, dans le sens de l'effort exercé par le vérin, le contact direct des deux disques respectivement avec les faces des gorges du piston et du cylindre. Pratiquement, plus la pression d'huile croît, moins le risque est grand d'un contact entre un disque et la face de la gorge correspondante alimentée en huile, malgré l'augmentation d'effort axial fourni par le vérin qui tend à assurer ce contact. Il est donc avantageux d'utiliser de fortes pressions d'huile, ce qui permet de réduire la surface radiale des disques et, par conséquent, leur masse et leur rayon, donc leur moment de giration et, par conséquent, l'inertie et les effets de la force centrifuge. L'invention s'applique donc, en particulier, au cas des dispositifs tournant à grande vitesse. Elle convient spécialement à la commande des mandrins de machines-outils, et notamment des mandrins porte-pièces des tours, en reliant le disque de cylindre à la broche de la machine et le disque de piston à l'organe mobile du mandrin. Ainsi, ce dernier disque fournit l'effort de commande, tandis que le premier supporte la réaction de la broche qui permet la transmission de cet effort. Le dessin annexé permettra de bien faire comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 est une vue de l'arrière d'un vérin selon l'invention. La figure 2 est une coupe axiale supposée verticale mais correspondant, pour les canalisations du fluide de commande, aux coupes radiales IIA et IIB. La figure 3 est une coupe partielle suivant III-III de la figure 2. La figure 4 est une coupe suivant IV-IV de la figure 1. Le vérin hydraulique montré sur ces figures est entouré d'une enveloppe 1 fermée par un couvercle 2. Cette enveloppe sert de collecteur des fuites d'huile qui retournent à la bâche par le conduit 3. Le cylindre fixe du vérin intérieur à cette enveloppe est constitué par une bague cylindrique 4 fermée, d'un côté, par un fond plat 5 et, de l'autre, par un fond épais 6 dans lequel sont ménagés les conduits de communication avec les canalisations extérieures de fluide, respectivement 7A et 7B. Contre la face extérieure du fond 6 est rapportée une bague 8 qui, avec la plaque 9, bloquée en même temps que la bague contre le fond 6 par les boulons 10, détermine une gorge plate il qui est ainsi solidaire du cylindre de vérin. Dans cette gorge, est engagé le disque annulaire 12 solidaire d'un manchon 13 qui, par des goujons 14, peut être fixé à une partie tournante 15, par exemple la broche d'une machine-outil. Le piston du vérin, qui coulisse sans tourner dans le cylindre, est composé de deux pièces annulaires 16 symétriques enserrant une bague 17. Entre les deux pièces annulaires est ainsi ménagée une gorge 18 dans laquelle est engagé le disque plat 19 solidaire d'un fourreau 20 qui, par l'intermé- diaire d'un filetage 21, peut être fixé à un organe mobile à lrintérieur de la broche 15, par exemple la broche d'une machineoutil. Le piston du vérin, qui coulisse-sans tourner dans le cylindre, est composé de deux pièces annulaires 16 symétri- ques enserrant une bague 17. Entre les deux pièces annulaires est ainsi ménagée une gorge 18 dans laquelle est engagé le disque plat 19 solidaire d'un fourreau 20 qui, par l'intermédiaire d'un filetage 21, peut être fixé à un organe mobile à l'intérieur de la broche 15, par exemple le tube de commande d'un mandrin de serrage. Le fourreau 20, la broche 15 et le manchon 13 tournent ainsi simultanément. La rotation du fourreau 20 à l'intérieur du piston de vérin est permise par les deux roulements à billes 22 et 23 dont les bagues de roulement intérieures sont pressées, en même temps que le disque 18, contre un épaulement 24 du fourreau par l'écrou 25, grâce aux entretoises intermédiaires 26. Pour son étanchéité dans le cylindre, le piston comporte les quatre joints toriques 27a, 27b et 28a, 28b qui assurent l'étanchéité le long des portions de pièces annulaires qui constituent respectivement les tiges axiales de piston et le piston proprement dit. Ce piston détermine ainsi, dans le cylindre, deux capacités A et B. La capacité A communique, par les forages 29, avec la canalisation 7A et, directement ou par l'intermédiaire des forages 29, avec les gicleurs 30 et 31 qui débouchent respectivement dans les faces 18A et lIA des gorges 18 et 11. De même, la capacité B communique, par les forages 32 et 33, d'une part, avec la canalisation 7B, d'autre part, avec les gicleurs 34 et 35 qui débouchent respectivement dans les faces 18B et llB des gorges 18 et 11. Les quatre faces de gorges 11A, îîB et 1BA, 18B sont aménagées comme il est montré sur la figure 3 pour la face 18A. Les gicleurs,30 en l'espèce, sont au nombre de trois répartis à 1200 et débouchent à l'intérieur d'une rainure annulaire 36 partagée en trois secteurs de chacun 1200, dont chacun des gicleurs est le centre, par trois plots cylindriques 37. De chaque côté de la rainure 36 partent de courtes portions radiales de rainures 38 qui ont une disposition semblable et la même étendue dans chacun des trois secteurs. L'ensemble constitué, dans chaque secteur, par une portion de rainure 36 et les rainures 38 associées, forme une cavité alimentée par le gicleur correspondant. Lorsque de l'huile sous pression est envoyée dans le gicleur, ces cavités se remplissent d'huile et tendent à repousser, par cette huile sous pression qu'elles contiennent, les disques respectivement 12 et 19. Lorsque le vérin entre en action par l'alimentation d'un de ses compartiments A ou B, A par exemple, les faces lIA et 18A tendent à venir s'appliquer contre les disques 12 et 19. Le contact est empêché par l'huile sous pression qui forme une butée hydraulique permettant la transmission de l'effort du vérin au fourreau 20 et la réaction de l'effort appliqué sur la broche 15 sans contact solide des disques avec les faces des gorges. L'huile qui s'échappe d'un côté ou de l'autre de la gorge 18 est utilisée pour la lubrification des roulements 22 et 23 ; elle est collectée dans l'enveloppe 1,2, soit directement, soit en passant par la suite de forages 40 ménagée à la partie inférieure du corps de vérin fixe (figure 4). L'huile de la gorge 11 est collectée dans l'enveloppe 1,2, soit directement, soit par les forages 41 et la gorge 42 de l'entretoise 8, soit également par les forages 40. L'huile passant par les forages radiaux 39 pratiqués dans le manchon 13 assure la lubrification du déplacement, dans ce manchon, du fourreau 20 lors du mouvement du piston dans le cylindre 4. L'invention s'applique principalement à la commande des mandrins de machines-outils et spécialement à celle des tours tournant à grande vitesse. R E V E N D I C A T I O N S 1. Vérin hydraulique annulaire comportant un piston mobile dans un cylindre partageant celui-ci en deux compartiments et permettant la commande, avec transfert d'énergie, du déplacement relatif de deux organes en rotation autour d'un axe confondu avec l'axe dudit cylindre, caractérisé en ce que ces deux organes sont solidaires respectivement de deux disques plats annulaires, sensiblement de même surface, disposés avec un faible jeu dans deux gorges plates, l'une pratiquée dans le piston, l'autre dans le cylindre du vérin annulaire maintenu fixe, chacun des compartiments de vérin communiquant respectivement avec la face de la gorge du piston située du côté de ce compartiment et avec la face de la gorge du cylindre tournée en sens opposé de cette dernière face, par une pluralité de gicleurs régulièrement répartis autour de l'axe et débouchant vers le centre de cavités séparées, creusées dans lesdites faces en regard des disques associés et occupant au moins partiellement le secteur correspondant à chaque gicleur. 2. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gicleurs sont en nombre égal et de même calibre pour deux faces homologues des gorges, et les surfaces des cavités de ces faces en communication avec le même compartiment de vérin sont sensiblement de même étendue. 3. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque associé au piston est solidaire d'un arbre tubulaire porté dans ledit piston par des roulements symétriquement disposés par rapport à ce disque. 4. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston est constitué par deux pièces annulaires épaulées enserrant, entre leurs portions de grand diamètre, une bague délimitant, avec les faces en regard de ces pièces, la gorge de logement du disque associé au piston. 5. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge du cylindre est formée par une bague et un anneau rapportés contre un des fonds du vérin annulaire. 6. Vérin selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fond correspondant de cylindre est épais et les deux canalisations de raccordement des compartiments du vérin y sont forées. 7. Vérin selon la revendication 5, caractérisé en ce que le disque logé dans la gorge du cylindre est solidaire d'un manchon creux axial de liaison avec un organe rotatif subissant la réaction de l'effort du vérin. 8. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités ménagées dans les faces de gorges sont constituées, chacune, par une portion de rainure annulaire dont le gicleur est sensiblement le centre, et par des segments radiaux de rainure situés de part et d'autre de ladite rainure annulaire. 9. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est entouré par une enveloppe rigide comportant, au point bas, un conduit d'évacuation pour le fluide hydraulique s'échappant par les gorges. 10. Application du vérin selon une des revendications précédentes à la commande des mandrins de serrage rotatifs des machines-outils et spécialement des tours.