Brevet FR2284053A1 — publié le 19760402

La présente invention est relative aux dispositifs hydrauliques à engrenages utilisés en tant que pompesou moteurs. Dans ces dispositifs, pour obtenir un rendement velumétri- que aussi élevé que possible, il est d'usage courant de les munir d'un dispositif dit de compensation hydrostatiaue oui consiste à pousser les paliers supportant les arbre et axe des engrenages contre les faces latérales de ceux-ci en admettant sur la face arrière des paliers du liquide sous pression pris en différents points du circuit de travail de la pompe ou du moteur. De cette façon, on obtient que les faces avant des tauliers sont toujours en contact avec les faces latérales des engrenages, ce qui limite les fuites entre les circuits haute et basse pression. L'invention part de la constatation qui a été faite que les dispositifs de compensation hydrostatique connus, s'ils constituent un progrès, présentent néanmoins des inconvénients graves. En effet, dans ces dispositifs hydrauliques à engrenages, il est nécessaire de lubrifier constamment les paliers pour éviter tout grippage des arbres et axes et cette lubrification, qui est réalisée par des rainures prévues dans les coussinets dans lesquels sont montés les arbre et axe, doit nécessairement s'effectuer avec le liquide de travail, mais sous basse pression. Par conséquent, la partie des engrenages qui se trouve juste à la périphérie des arbre et axe est nécessairement soumise à une basse pression : or, une haute pression règne dans le fond de la denture des engrenages sur une partie de la périphérie de ceux-ci.La partie pleine des engrenages, c'est-a-dire la partie s'étendant entre le fond de la denture et l'arbre ou axe, est de faible hauteur, de sorte qu'un circuit de fuite s'établit ainsi facilement puisque la perte de charge est nécessairement réduite et qutune différence de pression considérable peut exister entre le fond de denture et l'axe ou arbre, cette différence de pression poudrant être de l'ordre de 300 bars. La fuite qui existe ainsi malgré les dispositifs de compensation hydrostatique mis en oeuvre jusqu'à présent,a pour effet d'abaisser sensiblement le rendement volumétrique et est une cause d'usure rapide. En effet, les liquides hydrauliques entraient des particules solides qui constituent un abrasif particulièrement nuisible au niveau de la partie pleine des engrenages. Il en résulte une augmentation des fuites et le grippage des dentures sur les paliers. Un autre incorvénient des dispositifs de compensation hydrostatiaue connus réside dans le fait que les caliers sont appliqués sur toute la surface latérale des engrenages, de sorte qu'il en résulte nécessairement un frottement important qui réduit le rendement mécanique. La présente invention remédie aux incanvénients ci-dessus en permettant d'augmenter sensiblement le rendement mécanique des pompes par réduction des frottements dus au disnositif de compen- sation hydrostatique et, par conséquent, elle rend possible de faire tourner ces dispositifs 2. engrenages une vitesse plus élevée et, par suite, d'obtenir un rendement volumétrioue plus élevé tout en réduisant sensiblement l'usure. Conformément à l'invention, le dispositif hydrauliaue e engrenage s fonction de pompe ou moteur e sens de rotation indS- férent,comprenant deux engrenages en prise montés respectivement sur un arbre et sur un axe portés dans des paliers disposés lnté- ralement par rapport auxdits engrenages, l'un au moins des paliers étant monté eoulissant par rapport à l'arbre et à l'axe qui le porte, comporte, supplémentairement, des portées d'appui sensiblement en forme de lunette saillant légèrement de la face desdits paliers tournée vers les engrenages, et des moyens faisant exercer par lesdites portées d'appui une pression les appliquant contre la partie nleine desdits engrenages s'Ctendant entre les arbre et axe et la denture de ces engrenages et contre la tartie en prise de la denture desdits engrenages, de sorte aue lesdites portées d'appui forment segments d'étanchéité entre le fond de la denture desdits engrenages et lesdits arbre et axe ainsi au'entre les circuits haute et basse pression. Diverses autres caractéristicues de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une coupe axiale du dispositif hydraulique de l'invention, vue suivant la ligne I-I de la fig. 2. La fig. 2 est une élévation latérale d'une partie du dispositif de la fig. 1 vue suivant la ligne II-II de cette figure La fig. 3 est une élévation d'un accessoire apparaissant à la fig. 1. La fig. 4 est une coupe vue suivant la ligne IV-IV de la fig. 3. La fi. 5 est une élévation d'un système de joint que comporte le dispositif de la fig. 1. La fig. 6 est une coupe vue suivant la ligne VI-VI de la fig. 2. La fig. 7 est une élévation d'une variante de l'accessoire de la fig. 3. La fig. 8 est une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la fig. 7. La fig. 9 est une élévation d'un système de joint analogue à la fig. 5 pour la variante de l'accessoire des fig. 7 et 8. Les fig. 10 et 11 sont des coupes analogues à la fig. 1 et illustrant deux variantes de l'invention. Dans ce qui suit, il est parlé d'une pompe hydraulique. Cependant, cette expression signifie de la mdme façon un moteur hydraulique puisque le dispositif de l'invention peut fonctionner indifféremment en tant que pompe ou moteur sans aucune modification de structure. La pompe comporte un corps 1 fermé sur ses deux cotés de façon étanche par des couvercles 2 et 3. Lés couvercles 2 et 3 présentent, de préférence, des évidements 4 communiquant entre eux par des canaux 5 et, aussi, par des canaux 6 avec un réservoir d'alimentation de liquide. L'un des évidementstcelui désigné par 4a, est ouvert vers l'extérieur pour le passage d'un arbre 7 entouré par un joint d'étanchéité 8. L'arbre 7 est destiné à entraSner un engrenage 9 en prise avec un engrenage 10 calé sur un axe 11.L'arbre 7 et l'axe 71 sont montés dans des coussinets 12, de préférence en matière anti-friction ou recouverts intérieurement d'une telle matière, et lesdits coussinets sont euxmimes disposés dans les alésages 13 de deux paliers 14 identique l'un à l'autre qui sont engagés dans le corps de pompe 1. Les coussinets 12 sont, par exemple, emmanchés à force dans les paliers 14 et sont disposés pour ménager des chambres annulaires 15 autour de l'arbre 7 et de l'axe 11 juste au pied des engrenages 9 et 10 dont les références 9a, 10a désignent la partie pleine et les références 9b, 10b la partie dentée. Les paliers 14 sont conformés sensiblement à la manière de lunettes, ainsi que l'illustre la fig. 2, pour délimiter avec le corps 1 et dans la zone dans laquelle les engrenages 9 et 10 sont en prise, des chambres basse pression 3PhaIbs pression HP qui peuvent évidemment entre interverties par rapport à ce qui est représenté à la fig. 2 selon le sens de rotation de la pompe. Les paliers 14 présentent des décolletages 16 (fig. 2) délimitant des chambres annulaires 17 communiquant avec leurs alésages internes 13, lesdites chambres 17 étant reliées entre elles par un logement 18 coplanaire avec leur fond. Les chambres 17 s'étendent seulement en regard des parties pleines 9a, 10a des engrenages 9, 10 et le logement 18 est séparé des chambres basse pression et haute pression par des nervures 19 bien visibles aux fig. 2 et 6. Les chambres 17 et logement 18 de chaque palier 14 contiennent une plaquette 20 (fig. 1, 3 et 4) et à l'arrière de celle-ci des joints 21, 21a et 22, 22a. La face arrière des plaquettes 20 délimite entre les joints 21 et 22, 22a des barettes transversales 23, entre les joints 21a et 22, 22a des barettes transversales 23a, et entre les joints 22, 22a une barette longitudinale 24. Ces barettes sont destinées à empêcher toute déformation et tout fluage des joints ci-dessus, joints qui sont, par ailleurs, maintenus par les parois du décolletage 16, des nervures 19 (fig. 2) et la périphérie des coussinets 12. Les joints 21 et 21a délimitent des chambres 25, 25a qui communiquent par des canaux 26 (fig. 1) avec la partie de la denture 8b, 9b des engrenages 8, 9 se trouvant diamétralement opposés à la partie dans laquelle ces engrenages sont en prise. Les chambres 27, 27a délimitées par les joints 22, 22a communiquent par des canaux 28, 28a (fig. 2, 5 et 6) respectivement avec la chambre BP et la chambre HP. Si cela est estimé souhaitable, les chambres 25, 25a et 27, 27a peuvent être subdi- visées en plusieurs parties et, dans ce cas, les plaquettes 20 présentent d'autres barettes 23, 23a entre les différents joints et, envoutre, on prévoit d'autres canaux 26 pour que les chambres partielles ainsi réalisées soient alimentées à des pressions différentes correspondant à celles régnant dans les entredents correspondants des engrenages 9, 10. La fig. 1 montre que la largeur des paliers 14 est léaère- ment inférieure à la distance séparant les cotés latéraux des engrenages des couvercles 2, 3. De cette façon, on ménage entre la face latérale des paliers 14 et les dentures 9a, 10b des engrenages 9, 10 un léger jeu 34 de l'ordre de 1 à quelques cen tièmes de millimètre, ce jeu dépendant notamment de la viscosité et de la nature du liquide devant circuler dans la pompe. Pour compenser la dilatation des paliers 14, il est au surplus avantageux de prévoir des organes élastiques 29 , par exemple constitués à la manière de segments de piston si lesdits organes sont métalliques ou plus simplement par des anneaux en élastomère, tendant à pousser les paliers vers les engrenages et tendant donc à réduire le jeu prévu ci-dessus. Il est possible, aussi, que les organes compensateurs de dilatation 29 ne soient pas prévus lorsque la largeur des paliers est choisie pour que le jeu devant exister entre eux et la denture des engrenages atteigne la valeur optimum déterminée pour une température normale de fonctionnement de la pompe, de sorte que ledit jeu est quelque peu plus grand tant que ladite température de fonctionnement n'est pas atteinte. les coussinets 12 présentent des rainures de lu-brification 30, par exemple en forme d'hélice et, aussi, une rainure longitudinale 31 communiquant avec les chambres annulaires 15 et avec les logements 4. De cette façon, le cycle de graissage des coussinets est assuré par lesdites rainures hélicoIdales 30, les chambres annulaires 15, les rainures axiales 31 et les logements 4. Les canaux 5 assurent un équilibrage des pressions du liquide, ladite pression étant une basse pression puisque les logements 4 communiquent normalement par les canaux 6 avec le réservoir de liquide. Comme cela ressort de la description qui précède lors du fonctionnement de la pompe, les joints 21, 21a et 22, 22a qui sont de préférence fabriqués en élastomère ou autre matière souple et élastique exercent sur les plaquettes 20 constituant des portées d'appui une pression initiale appliquant la face avant de ces plaquettes contre les parties pleines, 9a et 10a des engrenages. En outre, la basse pression est transmise par le canal 28 dans la chambre 27. Par contre, la haute pression, ou pression de travail, est transmise par le canal 28a dans la chambre 27a. Ladite pression de travail ou des pressions intermédiaires sont, en outre, transmises par les canaux 26 dans les chambres 25 et 25a. De cette façon, ces pressions dites de compensation poussent les plaquettes 20 contre la partie pleine 9a, 10a des engrenages et ce sont ces plaquettes qui assurent une étanchéité totale entre la basse pression qui règne dans les chambres annulaires 15 et la pression qui règne dans la denture 9b, 10b desdits engrenages. la pression de compensation s'exerce aussi sur la partie des plaquettes qui est appliquée co-ntre les engrenages dans leur zone dans laquelle ils sont en prise, de sorte que, de cette façon, on assure également l'étanchéité entre les zones basse et haute pression. Etant donné qu'il existe un très léger jeu entre la face latérale des paliers 14 et la face latérale des dentures 9b, 10b des engrenages, alors la rotation de ces derniers n'est pas freinée et il n'existe pas non plus de-fuite réelle entre la haute et la basse pression car le trajet de fuite est très long, de sorte qu'il existe une perte de charge considérable entre la haute et la basse pression compte tenu de la minceur du jeu existant. Les fig. 7 à 9 illustrent une réalisation simplifiée selon laquelle les plaquettes désignées par 20a ne comportent pas les barettes 23, 23a et 24 décrites dans ce qui précède en référence aux fig. 3 à 5. Dans ce cas, les plaquettes sont planes et coopèrent avec deux joints circulaires 31, 31a entourant les coussinets 12 et un joint périphérique 32 conformé de même façon que le bord périphérique externe desdites plaquettes 20a. Les joints 31, 31a et 32 délimitent ainsi entre eux une chambre unique 33 dans laquelle la pression de travail est appliquée par les canaux 26. Cette réalisation simplifiée est utilisable dans de très nombreux cas et est évidemment plus économique puisque les plaquettes et les joints sont de réalisation plus simple. Cette réalisation évite aussi d'avoir à former les canaux 28, 28a décrits entréfé- rence à la fig. 6. La fig. 10 illustre une variante de réalisation de la pompe selon laquelle les plaquettes 20 ou 20a sont supprimées. Dans ce cas, ctest la face des paliers 14 tournée vers la partie pleine 9a, 10a des engrenages qui forme une portée d'appui 2cob, portée qui présente exactement la même forme que celle des plaquettes représentées à la fig. 7. Ladite portée 20b présente une épaisseur d'un ou de quelques centièmes de millimètre pour que le jeu 34 soit celui défini dans ce qui précède. Cette portée peut, par conséquent, être réalisée par usinage ou par un simple apport de matière anti-friction. Dans ce cas, les paliers 14 délimitent dans leur face arrière une chambre 33a de même forme que la chambre 33 illustrée à la fig. 9 et, dans ce cas, l'étanchéité est assurée par des joints 311, 311a' et 32a. Etant donné que la compensation de pression doit tenir compte alors de la pression qui s'exerce sur la face avant des paliers 14 au niveau des dentures 9b, 10b, la chambre 33a est de surface plus grande que la chambre 33 de la fig. 9, afin que les portées d'appui 20b soient appliquées sur les parties pleines 9a, 10a des engrenages avec une force suffisante. Comme dans ltexem ple précédent, la chambre 33a est alimentée en fluide sous la pression de travail par des canaux 26a analogues aux canaux 26 des fig. 1 et 2. La chambre de compensation 33a peut être remplacée par des chambres analogues à celle décrite en référence aux fig. 1 à 5 qui permettent de mieux tenir compte des différences de pression. Il y a lieu de tenir compte dans ce cas de la pression s'exer çant sur la face avant des paliers au niveau des dentures 9b, lOb des engrenages et, par conséquent, la surface ies chambres doit 4tre prévue plus grande que dans le cas de la fig. 5 pour obtenir la meme pression unitaire sur les parties pleines 9a, 10a des engrenages. D'autres dispositions de compensation hydrostatique peuvent d'ailleurs être utilisées pour maintenir les portées d'appui 20b des paliers 14 contre les parties pleines 9a, 10a des engrenages et notamment il est possible d'utiliser le dispositif de compensation décrit dans la demande de brevet français N- national 74 21745. La fig. 11 illustre un autre développement de l'invention selon lequel il devient possible de réduire le jeu 34 existant entre la face latérale des dentures 9b, 10b des engrenages et la face avant des paliers quelles que soient les conditions de fonctionnement, notamment de température, de la pompe. Il devient possible suivant la fig. 11 de réduire ce jeu suffisamment pour que subsiste juste un film très mince de liquide, suffisant toutefois pour qu'une lubrification demeure constamment présente entre la face latérale des dentures des engrenages et la face avant correspondante des paliers.Dans ce cas, les paliers 14 com portent les mimes plaquettes 20 ou 20a que celles décrites en référence aux fig. 3 et 4 ou 7 et 8 et ces plaquettes sont soumises à une pression de fluide de compensation par les mêmes moyens que ceux décrits dans ce qui précède. En outre, la face arrière des paliers présente les mêmes chambres 33a que celles décrites ci-dessus en référence à la fig. 10, mais la surface de ces chambres de compensation est prévue plus petite pour équilibrer seulement la pression qui s'exerce sur la face avant desdits paliers se trouvant à l'extérieur des plaquettes 20 ou 20a. Tous les autres moyens décrits dans ce qui précède demeu- relut les mêmes et sont, par conséquent, affectés des mêmes numéros de référence. L'invention ntest pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent f entre apportées sans sortir de son cadre. En particulier, les chambres de compensation 33a peuvent éventuellement être formées dans les couvercles 2 et 3 au lieu d'y être dans les paliers 14. 13e même, les plaquettes 20, qui sout fabriquées et, ou recouvertes sur leurs faces en contact avec les engrenages de matière anti-friction, peuvent entre prévues flexibles pour rendre possibles des déformations locales et, dans ce cas, il est tout particulièrement avantageux que lesdites plaquettes soient poussées contre les engrenages par le dispositif de compensation décrit en référence aux fig. 1 à 5. En outre, les portées d'appui 20b décrites en référence à la fig. 10 comme étant formées par les paliers 14 peuvent autre si on le désire par la partie pleine 9a, 10a des ellgre.-ages. R z V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif hydraulique à engrenages à fonction de pompe ou moteur à sens de rotation indifférent comprenant deux engrena- es en prise montés respectivement sur un arbre et sur un axe panez tés dans des paliers disposés latéralement par rapport auxdits engrenages, l'un au moins desdits paliers étant monté coulissant par rapport à l'arbre et à l'axe qui le porte, caractérisé en ce qu'il comporte, supplémentairement, des portées d'appui sensnble- ment en forme de lunettes saillant légèrement de la face desdits paliers tournée vers les engrenages, et des moyens faisant exercer par lesdites portées d'appui une pression les appliquant contre la partie pleine desdits engrenages s'étendant entre les arbre et axe et la denture de ces engrenages et contre la partie en prise de la denture desdits engrenages, de sorte que lesdites portées d'appui forment segments d'étanchéité entre le fond de la denture desdits engrenages et lesdits arbre et axe ainsi qu'en tre les circuits haute et basse pression. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les portées d'appui présentent une ouverture interne de diamètre plus grand que celui de l'arbre et de l'axe, de sorte qu'elles délimitent des chambres annulaires autour desdits arbre et axe pour la circulation d'un liquide de lubrification des paliers. 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les portées d'appui sont pressées initialement contre la partie pleine des engrenages et contre la partie en prise des dentures de ces engrenages par une pression élastique exercée par des joints d'étanchéité élastiques délimitant au moins une chambre de compensation hydrostatique dans laquelle est admis du liquide sous pression. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins la face des portées d'appui en contact avec la partie pleine des engrenages est en matière antifriction. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les portées d'appui font saillie par rapport à la face des paliers tournée vers les engrenages, de sorte que la denture de ceux-ct n'est pas en contact matériel avec la face desdits paliers. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les joints faisant exercer une pression élasb ue initiale par les portées d'appui sur es parties plei nes et en prise des engrenages, délimitent ne chambre de compen- sation nydrostatique unique et comprennent deux joints res-zectl- vexent concentriques aux arbre et axe, et un second Joint sans fin conformé sensiolement en forme de lunettes pour entourer en partie iesdits premiers joints et dlimiter une c'ambre supplo- mentaire entre ceux-ci qui correspond à la partie en prise des engrenages, au moins un c-anal étant prévu dans chaque palier pour faire correspondre une zone de travail a brute pression de la denture des engrenages avec la chambre de compensation délimitée par lesdits joints. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les joints exerçant une pression élastique initiale poussant les portées d'appui contre la partie pleine des engrenages et contre la partie en prise de ceux-ci,comprennent un premier jeu de joints délimitant chacun un espace en arc de cercle s'étendant en regard de la partie des engrenages opposée à celle dans laquelle ils sont en prise et un second jeu de joints délimitant au moins deux chambres symétriques par rapport à l'axe passait par le centre des deux engrenages en prise, des canaux de transfert de pression étant prévus à travers les paliers pour relier respectivement les différentes chambres délimitées par lesdits joints avec des parties correspondantes des dentures desdits engrenages. 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les portées d'appui sont formées par des plaquettes disposées dans des logements des paliers, les jointe exerçant une pression élastique initiale sur lesdites portées d'appui étant disposés entre la face arrière desdites plaquettes et le fond desdits logements, et le liquide sous pression pour la compensation hydrostatique étant admis dans lesdits logements entre lesdits joints. 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les plaquettes sont fabriquées en matière déformable élastiquement. 10 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les portées d'appui sont délimitées par une saillie de la face des paliers tournée vers- les engrenages, les joints, exerçant la pression élastique initiale poussant lesdites portées d'appui contre lesdits engrenages et délimitant les chambres de compensation hydrostatique, étant disposés entre la face arrière desdits paliers et un couvercle de fermeture. 11 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les deux paliers sont montés coulissants dans un corps fermé sur ses deux côtés par deux couvercles, lesdits paliers prenant directement appui sur lesdits couvercles et présentant une largeur légèrement inférieure à l'espace séparant lesdits couvercles des faces latérales des engrenages, de sorte qu'un jeu est maintenu entre la denture de ceux-ci et la face correspondante desdits paliers, l'importance de ce jeu étant déterminéepour qu'il reste de tordre du centième de millimètre lorsque ledit dispositif atteint sa température de fonctionnement normale. 12 - Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que, supplémentairement, des moyens exerçant une pression élastique initiale sont interposés entre les couvercles et les paliers. 13 - Dispositif suivant l'une des revendicat.ons 1 à 12, caractérisé en ce que des chambres de compensation hydrostatique sont formées, d'une part, entre les paliers et les couvercles et, d'autre part, entre lesdits couvercles et les plaquettes formant les portées d'appui. 14 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 13, caractérisé r des coussinets interposés entre lesdits paliers et respectivement les extrémités de l'arbre et de l'axe portant les engrenages, lesdits coussinets présentant une première rainure axiale faisant communiquer la chambre délimitée par ltouver- ture interne des portées d'appui avec des logements formés dans les couvercles en regard des extrémités de l'axe et de l'arbre et au moins une rainure hélicordale étant également formée dans lesdits coussinets, de sorte qu'un circuit de circulation pour le liquide est établi entre lesdits coussinets et lesdits axe et arbre, ledit circuit de circulation étant maintenu à une pression basse par des canaux de transfert reliant les logements des couvercles et un réservoir d'alimentation en liquide.