Brevet FR2273175A1 — publié le 19751226

La présente invention, due à Vladimir Dorofeevich ZIhEVICH, Georgy Zakharovich YABSIOLENKO, Vladimir Sviridonovich SINYAVSKY, Nikolai Trofimovich ROMANENEO et Jury Filippovich NIKITIN, concerne les machines à engrenages de type volumétrique dans lesquelles on utilise un liquide ou un gaz comme agent moteur. Les machines å engrenages, réalisées conformément à la présente invention, peuvent faire fonction, soit de monteurs, soit de pompes, employés pour l'entraînement des mécanismes des organes opératoires d'installations foreuses,des machines minières de chargement, des dispositifs de serrage, des appareillages de canalisation, des organes de direction des moyens de transport, etc. On connaît des machines à engrenages de type volumétrique comprenant un carter fermé par des couvercles avec disques d'étanchéité. Dans l'enceinte du carter sont montés un élément à couronne dentée intérieure et un pignon à couronne dentée extérieure calé coaxialement par rapport audit élément sur l'arbre, posé dans le carter Le pignon et élément à couronne dentée intérieure sont montés dans le carter avec possibilité de rotation. Dans l'enceinte annulaire, formée entre les couronneentées du pignon et de l'élé- ment, sont montés des pignons intermédiaires sur des axes fixés dans les couvercles du carter.-Oes pignons intermédiaires engrènent simultanément avec la couronne dentée extérieure du pignon et avec la couronne dentée intérieure de l'élément. Dans les enceintes, formées par deux pignons intermédiaires voisins et les couronnes dentées du pignon et de l'élément, sont prévues des cloisons, formant des chambres étanches. Les cloisons sont montées immobiles dans des disques d'étanchéité et pourvues d'un système de canaux destinés à amener le fluide moteur auxdites chambres ou à l'en évacuer. Une machine à engrenage de ce type est destinée à mettre en rotation un organe opératoire sans limitation de 11 angle de pivotement. Le volume utile des chambres étanches, déterminé par le volume des creux entre les dents des couronnes dentées, est relativement petit et c'est pour cette raison qu'il n'est pas avantageux d'utiliser une telle machine pour entraîner en rotation l'organe opératoire à un angle limité de pivotement, car au régime reversible de fonctionnement de la machine le volume nuisible dépasse sensiblement le volume utile des chambres étanches. Cela conduit à une consommation excessive de fluide moteur par unité de puissance. De plus, on connait largement des machines à palettes, utilisées pour un angle limité de pivotement de l'organe opératoire. Ces machines comportent un stator et un rotor sur lesquels sont fixéesles palettes. L'inconvénient principal de ces machines à palettes réside en- des pertes notables dues au frottement des palettes du rotor et aux fuites suivant le périmètre des palettes. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénient s susmentionnés. L'on s'est proposé de mettre au point une machine à engrenages dans laquelle les cloisons, les pignons intermédiaires, le pignon à couronne dentée extérieure et l'élément à couronne dentée intérieure, entourant les pignons intermédiaires, seraient disposés les uns par rapport aux autres de manière à permettre le pivotement de l'élément d'entrainement aussi bien d'un angle inférieur que d'un angle supérieur à 3600, le volume utile des chambres étanches étant sensiblement supérieur à celui des creux entre les dents des couronnes dentées. Le problème posé est résolu par le fait que, dans une machine à engrenages de tpe volumétrique, dans le carter de laquelle sont disposés des pignons intermédiaires rotatifs à une certaine distance l'un de l'autre, engrenant avec la couronne dentée intérieure de 11 élément, qui les entoure et avec la couronne dentée extérieure d'un pignon monté coaxialement dans ledit élément, des cloisons étant montées dans les enceintes formées par leslpignons intermédiaires voisins et les couronnes dentées susmentionnées, cloisons destinées à former les chambres étanches auxquelles on amène et on en évacue le fluide moteur mettant en rotation les pignons intermédiaires susmentionnés pour entraîner l'élément de sortie de la machine, conformément à l'invention, l'une desdites couronnes dentées porte les cloisons et est montée fixe tandis que les pignons intermédiaires sont montés avec possibilité de roulement suivant la couronne dentée fixe afin de faire tourner une autre couronne dentée transmettant le couple moteur à l'élément de sortie de la machine. I1 est avantageux que l'élément à couronne dentée intérieure, entourant les pignons intermédiaires, porte des cloisons et soit monté fixe et que le pignon à couronne dentée extérieure fasse fonction de l'élément de sortie de la machine Cette réalisation permet d'obtenir une conception la plus simple et commode pour l'utilisation de la machine à engrenages de type volumétrique. I1 n'est pas'moines avantageux que le pignon à couronne dentée extérieure porte les cloisons et soit monté fixe et que l'élément à couronne dentée intérieure fasse fonction det'élément de sortie. Cette réalisation de la machine à engrenages de type volumétrique permet d'augmenter la longueur de la surface d'étanchéité suivant l'arc entre la cloison et la couronne dentée intérieure de l'élément entourant les pignons intermédiaires, ce qui permettra d'augmenter le rendement. En plus, cette réalisation des machines à engrenages de type volumétrique permet de les utiliser comme posi -tionneurs compacts ou comme autres dispositifs opératoires dans les systèmes de commande automatique et de réglage. I1 est utile que la surface de chaque cloison, orientée vers le pignon intermédiaire, soit réalisée sous forme d'une partie de surface cylindrique ayant un rayon voisin de celui du cercle extérieur du pignon intermédiaire , ce qui se traduit par une réduction, du volume nuisible de la chambre étanche, au minimum. Les machines à engrenages de type volumétrique, > réalisées conformément à la présente invention, peuvent être utilisées comme moteurs ou pompes et assurent le pivotement d'un élément de sortie relié à l'organe opératoire de différents dispositifs, par exemple, des installations de forage, des machines de changement, des systèmes de direction de moyens de transport, tant à un angle inférieur qu'à un angle supérieur àX 609. En outre, dans une telle machine à engrenages de type volumétrique, le volume utile des chambres étanches dépasse sensiblement le volume utile des machines à engrenages connues de type volumétrique, où il est déterminé par le volume des creux entre les dents des pignons, ce qui permet d'obtenir un couple moteur élevé pour le moteur et un débit relativement élevé pour les pompes, les pertes mécaniques étant minimales. Ci-après, on donne la description d'un mode concret de réalisation de la présente invention, avec les références aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'une machine à engrenage de type volumétrique, conformément à l'invention (coupe transversale) la figure 2, la coupe II-II sur la figure 1 la figure 3, un autre mode de réalisation d'une telle machine à engrenage de type volumétrique (coupe transversale) la figure 4, la coupe IV-V sur la figure 3. La machine à engrenage -de type volumétrique en question comporte un carter 1 (figure 1) qui fait fonction aussi de l'élément à couronne dentée intérieure 2. Le pignon 3 à couronne dentée extérieure est logé dans le carter 1 coaxialement à la couronne dentée 2. Le corps 1 est fermé de deux côtés par des couvercles 5 (figure 2) et 6. Ces couvercles sont fixés au carter 1 par les boulons 7. Les tourillons du pignon 3 reposant sur les paliers lisses 8. Comme paliers, il est possible d'utiliser également des roulements ou d'autres moyens convenant à ce but. Deux pignons intermédiaires 9 engrenant avec lesdites couronnes dentées, sont montés diamétralement dans l'enceinte formée par les couronnes dentées 2 et 4. Le carter 1, pourvu d'une couronne dentée 2, est monté fixe et les pignons intermédiaires 9 roulent suivant cette couronne en faisant tourner le pignon 3. La cloison 12 est montée dans chaque enceinte délimitée par les pignons intermédiaires 9 et leicouronnes dentées 2 et 4, pour former les chambres étanches 10 et 11. Du côté se joignant à la couronne dentée 2, la cloison 12 est pourvue de dents s'engageant dans les creux de ladite couronne en assurant ainsi l'étanchéité des chambres 10 et 11. Les cloisons 12 sont immobilisées par rapport au carter 1 par des chevilles de positionnement 13 et des boulons 14 passant à travers les couvercles 5 et 6. Les chambres étanches 10 et 11 sont mises en communication avec les sources (non représentées) de fluide moteur de haute et de basse pression à l'aide de canaux 15 (figure 1) et 16 percés dans le couvercle 6 et 12 respectivement. Comme agent moteur, il est possible d'utiliser un liquide ou un gaz. Pour réduire le volume nuisible des chambres étanches, et donc pour augmenter leur volume utile, la surface 17 de chaque cloison 12 orientée vers le pignon intermédiaire 9 constitue une partie de surface cylindrique, dont le rayon est voisin du rayon du cercle extérieur du pignon intermédiaire 9. Le pignon 3 sert d'élément de sortie de la machine à engrenages et est pourvu de cannelures 18 destinées à l'accoupler à l'arbre (non représenté) de ltorgane opératoire. Selon l'autre mode de réalisation, la machine à engrenages de type volumétrique comporte un carter 19 (figure 3) qui fait fonction également d'élément à couronne dentée intérieure 20. Coaxialement à ladite couronne dentée, on a monté le pignon à couronne dentée extérieure 22. Le pignon 21 est monté fixe tandis que le carter 19 peut tourner et sert d'élément de sortie de la machine à engrenage. de type volumétrique. Les cloisons 23 sont rigidement accouplées au pignon 21 à l'aide de queues d'aronde. Dans chaque enceinte, délimitée par les pignons intermédiaires 24 et lestcouronnes dentées 20 et 22, les cloisons 23 forment les chambres étanches 25 et 26.Lesdites chambres sont reliées aux sources de fluide moteur sous haute pression et basse pression respectivement par l'intermédiaire de canaux 27 et 28, ménagés dans la cloison 23 et par des canaux 29 (figure 4) et 30, percés dans le pignon 21. Les pignons intermédiaires 24 sont réalisés de forme cylindrique à partir d'un matériau élastique quelconque. A la pose de ces pignons dans l'espacement annulaire entre les couronnes dentées 20 et 22, ils sont légèrement écrasés sur les côtés se åoignant aux couronnes 20 et 22. Cette forme accroît le coefficient de recouvrement dès couronnes dentées accouplés et donc l'étanchéité des chambres. La machine à engrenages de type volumétrique fonctionne de la manière suivante. Selon le premier mode de réalisation (figures 1 et 2), lorsque le fluide moteur de haute pression est débité par les canaux 15 aux chambres étanches 10 et lorsque les chambres étanches 11 sont reliées par les canaux 16 à la source de fluide moteur de basse pression, chaque pignon intermédiaire 9 subit l'action de la pression excédentaire du côté des chambres étanches 10. Sous l'action de la pression excédentaire, le pignon intermédiaire 9 roule suivant la couronne dentée fixe 2 en faisant tourner alors le pignon 3. A ce moment, le centre de chaque pignon intermédiaire 9 trace un angèpendant le déplacement d'une position extrême à l'autre (représenté sur la figure 1 en pointillés). En même temps, le pignon 3 tourne d'un angle 5 , déterminé par le rapport ou : Z1 est le nombre de dents du pignon intermédiaire 9 Z2 s le nombre de dents de la couronne dentée 4. Ainsi, l'angle 4 de pivotement de l'élément de sortie peut être tant inférieur que supérieur à 3600, étant déterminé par le nombre de cloisons 12 et les dimensions géométriques des couronnes dentées du pignon intermédiaire 9 et du pignon 3. Le volume nuisible des chambres étanches 10, 11 est déterminé principalement par le volume renfermé entre le pignon intermédiaire 9 dans l'une de ses positions extrêmes et par la partie de la surface cylindrique 17 de la cloison 12. La valeur minimale du volume nuisible est obtenue par le déplacement des pignons intermédiaires 9 d'une cloison à l'autre, c'est-à-dire pour une cour:se complète. Pour faire revenir les pignons 3 dans la position initiale (inversion), on relie les canaux 15 à la source de fluide moteur à basse pression et les canaux 16 à la source de fluide moteur à haute pression. Selon le second mode de réalisation (figures 3 et 4), la machine à engrenages fonctionne de manière analogue mais l'angle de pivotement ss1 de l'élément de sortie (du carter 19) est déterminé à l'aide de la formule Z3 + Z4 ss1 = 2 &alpha; 1 2Z3 + Z4 ou : &alpha;1 est l'angle de pivotement du centre du pignon intermédiaire 24 Z3 , le nombre de dents du pignon intermédiaire 24 Z4, le nombre de dents de la couronne dentée 22. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. RzXENDICATIONS I. Machine à engrenage de type volumétrique, dans le carter de laquelle sont disposés des pignons intermédiaires rotatifs à une certaine distance l'un de l'autre, qui engrènent avec une couronne dentée intérieure de l'élément qui les entoure, et avec une couronne dentée extérieure d'un pignon monté coaxialement dans ledit élément, des cloisons étant montées dans les enceintes formées par les pignons intermédiaires voisins et les couronnes dentées susmentionnées, cloisons destinées à former des chambres étanches, auxquelles on amène et on en évacue un fluide moteur mettant en rotation les pignons intermédiaires susmentionnés pour entrainer un élément de sortie de la machine, caractérisé par le fait que l'une desdites couronnes dentées porte les cloisons et est montée fixe tandis que les pignons intermédiaires sont montés avec possibilité de roulement suivant la couronne dentée fixe afin de faire tourner une autre couronne dentée transmettant le couple moteur à l'élément de sortie de la machine. 2. machine à engrenage. conformément à la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément à couronne dentée intérieure, entourant les pignons intermédiaires, porte les cloisons et est monté fixe tandis que le pignon à couronne dentée extérieure fait fonction de l'élément de sortie de la machine. 3. achine à engrenage- conformément à la revendication 1, caractérisee par le fait que le pignon à couronne dentée extérieure porte les cloisons et est monté fixe tandis que l'élément à luronne dentée intérieure, entourant les pignons intermédiaires, fait fonction de l'élément de sortie de la machine. quelconque des 4. tachine à engrenage conformément à î'une/revendicationsrdé 1 à ), caractérisée par le fait que la surface de chaque cloison orientée vers le pignon intermédiaire constitue la partie d'une surface cylindrique, dont le rayon est voisin du rayon du cercle extérieur du pignon intermédiaire, d'où résulte une réduction, du volume nuisible des chambres étanches, au minimum.