Brevet FR2296087A1 — publié le 19760723

L'invention concerne les moteurs et pompes à fluide, principalement hydrauliques, comportant un bloc-cylindres dans lequel des pistons sont disposés radialement et sont en appui sur une came sphérique par l'intermédiaire chacun d'un patin, ledit bloc-cylindres et ladite came étant montés à rotation relative, Selon l'art connu, l'axe de chaque piston est contenu dans le plan perpendiculaire à l'axe de rotation passant par le centre de la sphère. De ce fait, bien que les liaisons entre, d'une part, le piston et le patin, d'autre part, le patin et la carre soient du type "à rotule", les vitesses de glissement entre le patin et la came ont une répartition symétrique par rapport audit plan perpendiculaire et, par suite, au plan de symétrie du patin, de sorte que ledit patin ne tourne pas sur luimeme.Ce patin, au cours de la rotation relative précitée, a donc toujours les mêmes zones de sa surface de contact en appui sur de zones de la came qui, elles-nemes > restent inchangées an cours des diverses rotations successives. Ainsi, on constate qu'aucun mouve-ent relatif ne se produit entre chaque piston et le patin correspondanta sauf une oscilla- tion de faible amplitude intervenant parallèlement audit plan perpendiculaire autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation. La conséquence des dispositions précitées réside en l'apparition de matages et d'usures Locales préjudiciabIe au bon fonctionnement du patin. Des efforts parasites imprévisibles perturbent ce fonctionnement, provoquent la rupture des films fluides normalement disposés entre chaque patin et la came, ainsi qu'une modification de l'équilibrage des efforts entre le piston et le patin correspondant, et, fina lement,entratnent la destruction des pièces précitées par grippages et/ou usures excessives. Pour remédier à ces inconvénients, il faut éviter que soient mises en appui l'une sur l'autre toujours les mêmes zones des patins et de la came. Il suffit pour ce faire de rendre dissysetrique la répartition des vitesses de glissement par rapport au plan de symétrie de chaque patin perpendiculaire à l'axe de rotation. Ainsi seront provoquées une rotation automatique du patin autour de son axe de révolution et une variation continue de la position des zones de contact dudit patin sur la came autour de la rotation relative de la came et du bloc-cylindres. C'est le but de l'invention de proposer une disposition constructive apte à résoudre le problème posé. L'invention a donc pour objet un mécanisme à fluide, moteur ou pompe, à pistons radiaux, constitué par - un bloc-cylindres, - au moins un groupe de cylindres ménagés dans ledit bloc-cylindres, - au moins un groupe de pistions, lesdits pistons étant montés coulissant dans lesdits cylindres, - au moins une came de réaction, dont la surface de réaction est constituée par une portion de sphere, et qui est montée par rapport audit bloc-cylindres à rotation relative autour d'un axe excentrique par rapport au centre de la sphère, et - au moins un groupe de patins d'appui, un patin étant interposé entre chaque piston et ladite came avec des montages du type " rotule" entre ledit piston et ledit patin, et entre ledit patin et la surface sphérique de la came. Dans le plan parallèle à l'axe de rotation et passant par l'axe de chaque piston, ledit axe du piston est disposé en dehors du plan perpendiculaire à l'axe de rotation et passant par le centre de la surface sphérique de la came. De manière préférée, l'axe dudit piston est parallèle audit plan perpendiculaire à l'axe de rotation et est disposé à une distance non nulle de ce plan perpendiculaire. De maniere connue en 80i, le mécanisme peut comporter au moins deux c a m e s et au moins deux groupes de pistons qui sont en appui par l'intermédiaire de patins sur lesdites cames. Dans ce cas, les axes des pistons côrrespondant à une première came étant disposés d'un premier côté d'un premier plan perpendiculaire à l'axe de rotation et passant par le centre de la surface sphérique de cette première came, les axes des pistons correspondant à une deuxième came sont avantageusement disposés d'un deuxième côté d'un deuxième plan perpendiculaire à l'axe de rotation et passant par le centre de la surface sphérique de cette deuxième came, les premiers catés desdits premier et deuxième plans perpendiculaires étant orientés dans le mtme sens. L'invention sera mieux comprise et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description de réalisations données ci-dessous à titre d'exemple. I1 est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. I1 sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels - La figure I est une coupe,perpendiculairement à l'axe de rotation relative de la came,d'une pompe conforme à l'invention - la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1 - la figure 3 est une coupe axiale passant par l'axe de rotation d'une variante de réalisation d'une pompe conforme à l'invention ; et - les figures 4A, 4b, 5A, 5B > 6A et 6B représentent des variantes de réalisation d'un ensemble piston-patin conformes à l'invention. La pompe représentée en regard de la figure 1 est constituée par - un carter étanche 1, dans lequel sont ménagés cinq cylindres 2, disposés radialement selon des directions 3, qui concourent vers un axe de rotation 4, - des pistons 5 qui sont montés coulissants dans les cylindres 2, un piston par cylindre, - une came 6 dont la surface 7 est sphérique et qui est montée à rotation dans le carter 1, autour de l'axe de rotation 4, le centre 8 de la surface 7 étant par ailleurs distinct de l'axe 4, et - des patins 9 qui sont interposés entre les pistons 5 et la came 6 et constituent les éléments d'appui desdits pistons sur cette came. Dans 1' exemple représenté, un conduit 10 interne à la came 6 communique avec une rainure 11 débouchant dans la surface 7 au moyen d'un canal de liaison 12. D'autre part, les patins 9 possèdent un conduit central 13, de même que les pistons 5 possèdent un conduit axial 14. De manière connue, le conduit 13 est en communication permanente avec le conduit 14 et en communication périodique avec la rainure 11 au cours de la rotation de la came 6 par rapport au carter I. Chaque piston 5 est maintenu en appui sur le patin 9 correspondant au moyen d'un ressort 15 interposé entre ledit piston et le carter 1. Enfin, chaque cylindre 2 débouche par un conduit 16 dans une chambre de refoulement 17, un clapet de refoulement 18 étant disposé sur le conduit 16. Aux chambres de refoulement 17 des divers cylindres sont raccordés des conduits 19 qui sont tous reliés à un conduit de refoulement 20. En regard de la figure 2, on retrouve les éléments qui viennent d'être mentionnés. On remarque la disposition selon laquelle l'axe 3 du piston est parallèle au plan 21 perpendiculaire à l'axe de rotation 4 et passant par le centre 8 de la surface sphérique 7, mais distant de ce plan en étant éloigné d'une distance d,et on constate que les extrémités 22 et 23 de la coupe de la face sphérique 24 du patin 9, qui est en appui sur la surface sphérique 7 de la came, sont à des distances, R22 et R23 de l'axe de rotation 4, différentes. Aussi en déduit-on et constate-t-on également par les mesures effectuées que les vitesses V22 et V23 des points de la surface 7, qui coincident avec les extrémités 22 et 23, sont différentes, la vitesse V22 du point le plus éloigné de l'axe 4 étant supérieure à- la vitesse V23, le rapport des deux vitesses étant évidemment égal au rapport des rayons R22 et R23. Incidemment, on note que la came 6 est montée à rotation par rapport au carter 1 au moyen d'un arbre 25, dont elle est solidaire et qui repose dans des paliers 26. Sur la figure 3, est représentée, en coupe axiale, une autre pompe conforme à l'invention dans laquelle les pistons sont encore disposés radialement mais sont répartis en trois groupes distincts 5a, 5b, 5c. Les pistons 5a, 5b, 5c sont en appui, par l'intermédiaire de patins 9a, 9b, 9c > sur les surfaces sphériques 7a, 7b, 7c de trois cames excentrées solidaires de l'arbre 25, respectivement. Sont repérés les plans 21a, 21 21c perpendiculaires à l'axe de rotation 4, passant par les centres 8a, 8b, 8c des surfaces 7a, 7b, 7c.On constate-que, conformément à la disposition déjà décrite, les axes 3a, 3b, 3c des pistons 5a, 5b, 5c sont disposés hors du plan perpendiculaire correspondant 21a, 21b, 21c et en sont parallèles en étant respectivement éloignés de distances non nulles da, db, dc. Ce qu'il faut en outre remarquer c'est le déport en sens opposés des axes de pistons 3a et 3c par rapport aux plans 21a et 21c correspondants, de sorte que les patins 9a et 9c sont en appui sur les surfaces 7a, 7c de leurs cames respectives qui sont inclinées en sens opposéspar rapport à un plan vertical perpendiculaire à l'axe de rotation 4. Enfin, les chambres de refoulement 17a, 17b et 17e correspondant aux cylindres Sa > 5b et 5c sont reliées par des conduits 19a, l9b, 19c à un distributeur à quatre positions 27. Par des conduits 28 et 29, ce distributeur est par ailleurs relié à un circuit d'utlisation 30 et à un réservoir de décharge 31, respectivement. Les quatre positions du distributeur 27 correspondent: - la première position, aux mises en co unication des conduits l9a, l9b, l9c avec le conduit 29 - la deuxième position, à la mise en comaunication des conduits 19a et 28, et aux mises en communication des conduits 19b et 19c avec le conduit 29 - la troisième position, aux mises en commlnication des conduits 19a et 19b avec le conduit 28, et à la mise en communication des conduits 19e et 29 ; et - la quatrième position, aux mises en cowmunication des conduits l9a, l9b, 19c avec le conduit 28. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, outre 7'assem- blage du type "à rotule1, de la face sphérique 24 du patin 9 avec la surface 7 de la came, il existe un deuxième assemblage du mmme type entre la surface conique 32 du patin 9,qui est en contact avec le piston 5,et l'extrémité correspondante dudit piston 5, extrémité de forme sphérique. Sont représentéesen regard des figures 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, des variantes, d'ailleurs connues,de tels assemblages "à rotule". A la figure 4 & ltextrémité du piston 5 est une sphère complète contenue dans un logement sphérique 33 du patin 9, la surface 24 étant elle-wSme sphérique. A la figure Sa, itextrémité du piston 5 est constituée par une surface conique 34, qui est en appui sur la face supérieure sphérique convexe 35 du patin 9. La face inférieure 24 du patin 9 est sphérique concave. Enfin, sur la figure 6A, l'extrémité du piston 5 est constituée par un logement sphérique 36, dans lequel est insérée une face sphérique convexe 37 du patin 9. La face 24 dudit patin est sphérique. En regard des figures 4D, 5B, 6B sont reprises les dispositions des figures 4A, Sa, 6A, respectivement, dans lesquelles la face inférieure du patin 9 est une surface conique 38. En ce qui concerne les variantes possibles, conformes à l'invention, il doit être indiqué que - l'alimentation peut être réalisée, de manière commode, autrement que par le conduit central 10 de l'arbre 4 et de la came 6 ; - la came peut être périphérique et le bloc-cylindres central - le déport d de l'axe 3 du piston 5 par rapport au plan 21 doit être bien distingué d'un autre déport de l'axe 3, déjà connu celui-la. Il s'agit alors du déport de l'axe 3, dans le plan perpendiculaire à l'axe de rota tation 4 et contenant ledit axe 3, par rapport au rayon de la came, qui est parallèle audit axe, lorsque ladite came est en position haute (piston 5 rentré dans le cylindre 2).Ce déport de faible valeur d'ailleurs permet de diminuer les pressions de contact du piston 5 sur les parois du cylindre 2, et permet d'améliorer le fonctionnement de certaines phases du fonctionnement hydraulique. Le déport d ne se situe pas dans le même plan et a une autre fonction qui va maintenant être exposée mais peut en fait être adopté conjointement au déport connu précité. Ainsi le centre 8 de la surface 7 étant distinct de l'axe de rotation 4, ladite surface 7 est excentrée par rapport audit axe 4, de sorte que la came 6 constitue ce qui est communément appelé un excentrique. Compte tenu de la différence de valeurs entre V22 et V23, un couple d'entraSnement agit sur le patin 9 et le fait tourner sur lui-même, de sorte que le patin 9 est en appui sur la surface 7 par des zones en variation continue de leur position. Ainsi sont supprimés les grippages ou usures prématurés précédemment constatés. En outre, les dimensions des faces de contact du piston 5 et du patin 9 sont telles que des efforts résiduels de contact, de faibles valeurs, subsistent et permettent un entraînement en rotation, autour de son axe 3, du piston 5 par le patin 9. Là encore, cette rotation du piston 5 dans le cylindre 2 est bénéfique à l'obtention d'un fonctionnement satisfaisant du mécanisme. Naturellenent, la disposition des surfaces 7a et 7e des cames du mécanisme de la figure 3 permet en moyenne de compenser la poussée axiale provoquée par l'appui des patins 9a sur la surface 7a par la poussée axiale, en sens oppo8és,provoquée par l'appui des patins 9c sur la surface 7ct Naturellement, une poussée axiale résiduelle doit cependant généralement être reprise. Par ailleurs, de manière connue, le distributeur 27 permet de diriger vers le circuit d'utilisation 30 les débits refoulés dans les chambres l7a, 17b, 17c en totalité, ou en partie, ou même d'isoler le circuit 30 des débits refoulés. I1 sera encore précisé que l'axe 3 du piston 5 pourrait dans une variante de réalisation n'être pas parallèle au plan 21. Il est notamment trouvé parfois avantageux de disposer cet axe hors du plan 21, radialement par rapport à la surface 7,dans la position haute de la came 6. Enfin, concernant les variantes des figures 4A, 4B, SA, SB, 6A et 6B, on precisera que, lorsque la came est périphérique, et, généralement concave, les surfaces 24 et 38, ont la courbure complémentaire de celle de la came, et, dans la variante évoquée, sont convexes. Bien entendu, tous les montages a rotule peuvent être réalisés, soit par l'assemblage de deux pièces sphériques complémentaires, soit par l'assemblage d'une pièce sphérique et d'une piece conique. L'invention n'est pas limitée aux réalisations qui ont éte décrites mais en couvre au contraire les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre, ni de leur esprit. REVENDICATIONS 1. Mécanisme à fluide, moteur ou pompe, à pistons radiaux, constitué par - un bloc-cylindres (1), - au moins un groupe de cylindres (2) ménagés dans ledit Dloc-cylindres, - au moins un groupe de pistons (5), lesdits pistons étant montés coulissants dans lesdits cylindres, - au moins une came de réaction (6) dont la surface de réaction (7) est constituée par une portion de sphère, et qui est montée, par rapport audit bloc-cylindres, à rotation relative autour d'un axe (4) excentré par rapport au centre (8) de la sphère, et -aumoinsun groupe de patins d'appui (9), un patin étant interposé entre chaque piston (5) et ladite came (6), avec des montages du type "à rotule" entre ledit piston et ledit patin, et entre ledit patin et la surface sphérique de la came, caractérisé en ce que dans le plan parallèle à l'axe de rotation et passant par l'axe (3) de chaque piston (5), ledit axe (3) du piston est disposé en dehors du plan (21) perpendiculaire à l'axe de rotation (4) et passant par le centre (8) de la surface sphérique (7) de la came. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (3) dudit piston est parallèle audit plan (21) perpendiculaire à l'axe de rotation (4) et est disposé à une distance (d) non nulle de ce plan perpendiculaire. 3. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que de manière connue en soi il comporte au moins deux cames (7a, 7c)et au moins deux groupes de pistons (Sa, suc), qui sont en appui par l'intermédiaire de patins (9a, 9c) sur lesdites,cames et en ce que les axes des pistons (3a) correspondant à une première came (7a) sont disposés d'un premier coté (da) d'un premier plan perpendiulaire (21a) à l'axe de rotation (4) et passant par le centre (8a) de la surface sphérique de cette première came, cependant que les axes (3c) des pistons (5c) correspondant à une deuxième came (7c) sont disposés d'un deuxième côté (dc) d'un deuxième plan (21c) perpendiculaire à l'axe de rotation (4) et passant par le centre (8c) de la surface sphérique de cette deuxième came et que les premiers côtés desdits premier et deuxième plans (21c) perpendiculaires sont orientés dans le même sens.