Brevet FR2370878A1 — publié le 19780609

La présente invention concerne les mécanismes de commande rotatifs à pression de fluide. On connaît depuis de nombreuses années un type de mécanisme de commande rotatif à pression de fluide qui comprend un cylindre enfermant deux pistons faisant chacun corps avec une crémaillère, les deux crémaillères étant en prise avec un pignon qui s'étend dans la direction transversale du cylindre à mi-longueur de celuici. Quand les pistons s'approchent ou s'éloignent simultanément l'un de l'autre sous l'influence d'un fluide sous une pression supérieure å la pression atmosphérique, les crémaillères font tourner le pignon autour de son axe de rotation. Pendant leurs mouvements de va-et-vient, les pistons ne sont pas guidés ou supportés par des tiges. Un couple égal est, digon, produit dans chaque sens de rotation du pignon.Ce type de mécanisme de commande est décrit et représenté dans "Nachine Design, Fluid Power" du 19 Septembre 1968, pour ne citer qu'un exemple. Le type de mécanisme de commande décrit au paragraphe précédent est appelé dans la suite "mécanisme de commande rotatif du type décrit". Un mécanisme de commande rotatif du type décrit (tel qu'il est défini ci-dessus) présente un défaut naturel en ce sens que, pour chaque piston et la crémaillere qui fait corps avec lui, l8ex- trémité du piston dans laquelle est formée la crémaillère tend à rayer la paroi du cylindre pendant le fonctionnement du mécanisme de commande. La raison, très bien connue, en est que les dents de la crémaillère de chaque piston tendent à monter sur les dents du pignon avec lesquelles elles sont en prise en raison du fait que laarbre dans lequel les dents du pignon sont taillées ou auxquelles le ou les pignons est ou sont fixés ne peut que tourner et que le piston ne peut exécuter que des mouvements rectilignes.On sait que la force séparatrice qui produit la montée des dents de la crémaillère sur celle du pignon est plus grande lorsque les pistons se rapprochent que lorsqu'ils s'éloignent et, bien entendu, le piston lui-meme se raye en rayant la paroi du cylindre. Naturellement, une partie de l'énergie disponible est perdue à vaincre le frottement produit quand l'extrémité portant la crémaillère de chaque piston frotte sur la paroi du cylindre. En outre, si le rayage de la paroi du cylindre devient assez grave (comme cela arrive), il y a non seulement le danger que le joint torique ou autre porté par la partie de diamètre maximal du piston ne s'applique pas contre la paroi du cylindre, mais aussi le danger que le métal rayé déchire le joint torique ou autre et le mette éventuellement hors d'usage. Le but principal de la présente invention est de supprimer ces défauts. Selon un premier aspect, la présente invention consiste en un mécanisme de commande rotatif du type décrit (tel qu'il est défini ci-dessus) dans lequel, pour chaque piston1 sa partie dans laquelle est prévue la crémaillère porte un ou des éléments en élastomère ou en résine synthétique à faible coefficient de frottement qui est ou sont placés de façon à etre en permanence en contact avec la partie voisine de la paroi du cylindre, de sorte qu'il y a neutralisation des forces séparatrices engendrées par le rapprochement ou l'éloignement des pistons et tendant à déplacer ladite partie de chacun des pistons vers la paroi du cylindre. Si l'on utilise un seul élément, celui-ci est, de préférence, logé dans un canal formé dans la périphérie courbe de ladite partie du piston et fait saillie radialement par rapport à ce canal1 laquelle périphérie peut avoir une courbure correspondant à celle de la partie voisine de la paroi du cylindre. Si l'on utilise deux éléments ou plus, chacun est, de préférence, logé dans une cavité formée dans la périphérie courbe de ladite partie du piston et fait saillie radialement par rapport à cette cavité, laquelle périphérie peut avoir une courbure correspondant à celle de la partie voisine de la paroi du cylindre. Ce canal et ces cavités peuvent s'étendre ou être aligmJes, respectivement, suivant une circonférence de la périphérie courbe ou dans la direction axiale du piston ou suivant une hélice. Un arrangement commode susceptible de fournir un ou des canaux circonférentiels consiste à réaliser ladite partie du piston d'une manid- re telle qu'une portion de son extrémité libre (c'est-à-dire l'extrémité éloignée de la partie de diamètre maximal du piston) puisse être fixée de façon amovible au restant de ladite partie du piston dans laquelle est prévue la crémaillère, les faces de contact étant convenablement coupées pour former un canal ayant une section permettant le maintien positif d'un ou de plusieurs éléments dans le ou les canaux. Selon un second aspect, la présente invention consiste en un mécanisme de commande rotatif du type décrit (tel qu'il est défini ci-dessus) dans lequel le cylindre porte un ou des éléments en é blastomère ou en résine synthétique à faible coefficient de frottement qui est ou sont placés de façon à être en permanence en contact avec la périphérie extérieure courbe de la partie du piston dans laquelle est prévue la crémaillère. Cet élément peut s'étendre suivant une circonférence (c'està-dire que sa ligne médiane -se trouve dans un plan diamétral du cylindre) ou, si le cylindre porte deux éléments ou plus, ces élé- ments peuvent s'étendre dans la direction axiale du cylindre ou suivant des hélices sur le cylindre. Si ltarbre de sortie du pignon du mécanisme de commande con" forme à l'un des deux aspects de la présente invention est pourvu de deux séries de dents, l'une étant espacée de l'autre le long de l'axe de l'arbre de sortie, ce dernier porte de préférence un anneau qui ) est en élast i re ou en résine synthétique à faible coefficient de frottement et b) a un diamètre tel qu'il soit en contact avec un chemin de roule ment plat prévu sur ladite partie de chacun des pistons et di visant les dents de la crémaillère de chacun des pistons en deux séries espacées de dents, de sorte que, pendant le fonctionnement du mécanisme de commande, cet anneau en contact avec les chemins de roulement opposés des pistons maintient un contact positif entre le ou les éléments et la ou les parties métalliques concernés et un engrènement correct positif des dents des crémaillères et du pignon. En variante, si l'arbre de sortie du pignon comporte une sériè de dents interrompue dans la direction axiale de l'arbre, ce dernier porte des anneaux espacés axialement, dont chacun a) est en élastomère ou en résine synthétique à faible coefficient de frottement et b) a un diamètre tel qu'il soit en contact avec un de deux chemins de roulement plats espacés prévus sur ladite partie de chacun des pistons, de sorte que, pendant le fonctionnement du mécanisme de commande, ces anneaux en contact avec les chemins de roulement opposés des pistons maintiennent un contact positif entre le.ou les. éldments et la ou les parties métalliques concernés et un engrènement correct positif des dents des crémaillères et du pignon. La présente invention va maintenant être décrite plus parti culièrement à laide des dessins annexés, dans lesquels La Figure 1 est une coupe axiale schématique d'une forme de réalisation préférée d'un mécanisme de commande rotatif à pression de fluide conforme à la présente invention, La Figure 2 est une coupe transversale du mécanisme de commande représenté à la figure 1, suivant A-A de celle-ci. Les dessins montrent un mécanisme de commande rotatif du type décrit (tel qu'il est défini ci-dessus) qui comprend un cylindre 10 dont les extrémités ouvertes sont fermées par des couvercles 11, 12. Un arbre de-sortie 13 s'étend dans la direction transversale du cylindre 10 d'une manière telle que son axe de rotation se trouve dans un plan diamétral perpendiculaire à l'axe longitudinal du cylindre et passe par le milieu de cet axe longitudinal. Les parties extrêmes 14, 15 de l'arbre 13 sont montées dans le cylindre 10, et l'arbre 13 est aussi pourvu à une extrémité d'une saillie 16 de section non circulaire et, à l'autre extrémité d'une cavité 17 de section carrée L'arbre 13 comporte, en outre, des dents 18 qui forment une denture centrale, les dents 18 des cotés opposés de cette denture centrale étant en prise avec les dents de deux crémaillères 19 qui font corps avec deux pistons 20. Les pistons 20 sont bien entendu d'une forme circulaire et d'une grandeur proportionnées à celles de la surface intérieure du cylindre 10, et la périphérie de chaque piston est façonnée de façon à recevoir un joint torique 21 et une portée 22 qui est fendue pour faciliter son montage sur le piston.Les crémaillères 19, d'autre part, sont constituées d'élé- ments s'étendant axialement réunis chacun à une e xtrémité au piston associe et se terminant chacun à l'autre extrémité par une partie s'étendant radialement 23 qui est façonnée de façon à recevoir une portée-guide 24, chacun de ces éléments comportant au moins une joue raidisseuse 25 de façon à renforcer la liaison entre le piston 20 et la partie associée 23. Les couvercles d'extrémité 11, 12 sont pourvus d'orifices d'admission et échappement 26, 27 et le cylindre 10 est pourvu d'un orifice d'admission et d'échappement central 28; ces différents orifices sont destinés à l'amenée d'un fluide sous une pression supérieure à la pression atmosphérique aux faces de piston appropriées et à l'évacuation du fluide sous pression utilisé des autres faces de piston afin d'obtenir de façon connue la rotation requise de l'arbre 13. Comme le montrent les figures, des joints toriques sont prévus de la manière usuelle à d'autres endroits, à savoir aux tourillons de l'arbre 13 et entre chaque couvercle d'extrémité et l'extrémité correspondante du cylindre 10. La saillie 16 est destinée à permettre à un opérateur équipé d'un outil approprié de tourner l'arbre 13 comme il le désire par exemple en cas de défaillance de la conduite de fluide sous pression. La cavité 17, ou un équivalent mécanique de celle-ci, est destinée au raccordement de l'arbre 13 à la soupape ou autre appareil qui doit être actionné par le mécanisme de commande. Bien qu'ils ne soient pas représentés sur la figure 2, des paliers sont prévus aux tourillons de l'arbre 13, et ces paliers sont placés axialement à l'extérieur des joints toriques représentés sur la figure 2. Ces paliers, destinés à remédier aux forces de séparation des dents engendrées entre les dents 18 de la denture centrale et les dents des crémaillères 19 quand les pistons se rapprochent ou s'éloignent, sont aussi nécessaires pour remédier aux légers défauts d'alignement dus aux tolérances de fabrication; ces paliers permettent de compenser les défauts d'alignement, de sorte que la denture centrale est entraînée également par les crémaillères. La matière préférée pour les portées-guides 24 est une résine d'acétyle (par exemple "DELRIS") qui résiste bien à l'usure, possède de bonnes caractéristiques mécaniques en compression et a un faible coefficient de frottement. La forme de réalisation préférée de la présente invention a été représentée sur les dessins et décrite ci-dessus. L'invention n'est cependant pas limitée à cette forme de réalisation, Comme indiqué plus haut dans la présente description, des équivalents mécaniques (par exemple des bandes de DELRIN portées par le cylindre au lieu de l'être par la partie 23) doivent être considérés comme rentrant dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS lo Mécanisme de commande rotatif à pression de fluide qui comprend un cylindre enfermant deux pistons faisant chacun corps avec une crémaillère, les deux crémaillères étant en prise avec un pignon qui s'étend dans la direction transversale du cylindre à mi-longueur de celuiZci, caractérisé en ce que pour chaque piston, sa partie dans laquelle est prévue la crémaillère porte un ou des éléments en élastomère ou en résine synthétique à faible coefficient de frottement qui est ou sont placés de façon à être en permanence en contact avec la partie voisine de la paroi du cylindre, de sorte qu'il y a neutralisation des forces séparatriz ces engendrées par le rapprochement ou l'éloignement des pistons et tendant à déplacer ladite partie de chacun des pistons vers la paroi du cylindre. 2. Mécanisme de commande rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un seul élément, cet élément étant logé dans un canal formé dans ladite partie du piston et saillant radialement par rapport à ce canal. 3. Mécanisme de commande rotatif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le canal est formé dans la périphérie de ladite partie1 cette périphérie ayant une courbure correspondant à celle de la partie voisine de la paroi du cylindre. 4e - Mécanisme de commande rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise deux éléments ou plus, chaque élément étant logé dans une cavité formée dans ladite partie du piston et saillant radialement par rapport à cette cavité 5e " Mécanisme de commande rotatif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des cavités est formée dans la péri. phérie de ladite partie, cette périphérie ayant une courbure correspondant à celle de la partie voisine de la paroi du cylindre. 6. - Mécanisme de commande rotatif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le canal s'étend suivant une circonféw rence de ladite périphérie0 7. - Mécanisme de commande rotatif à pression de fluide qui comprend un cylindre enfermant deux pistons faisant chacun corps avec une crémaillère, les deux crémaillères étant en prise avec un pignon qui s'étend dans la direction transversale du cylindre à miwlongueur de celui-ciw caractérisé en ce que le cylindre porte un ou des éléments en élastomère ou en résine synthétique à faible coefficient de frottement qui est ou sont placés de façon à être en permanence en contact avec la périphérie extérieure courbe de la partie de chaque piston dans laquelle est prévue la crémaillè re. 8. - Mécanisme de commande rotatif selon la revendication 7. caractérisé en ce que le ou chaque élément s'étend suivant une circonférence (c'est-à-dire que sa ligne médiane se trouve dans un plan diamétral du cylindre). 9. - Mécanisme de commande rotatif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ou chaque élément s'étend dans la direct tion axiale du cylindre ou suivant une hélice sur le cylindre. 100 - Mécanisme de commande rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la denture centrale de l'arbre de sortie est pourvue de deux séries de dents0 l'une étant espacée de l'autre le long de l'axe de l'arbre de sortie, ce dernier portant un anneau qui : a) est en élastomère ou en résine synthétique a faible coefficient de frottement et, b) a un diamètre tel qu'il soit en contact avec un chemin de rouleZ ment plat prévu sur ladite partie de chacun des pistons et divisant les dents de la crémaillère de chacun des pistons en deux séries espacées de dents, de sorte que, pendant le fonctionnement du mécanisme de commande, cet anneau en contact avec les chemins de roulement opposé s des pistons maintient un contact positif entre le ou les éléments et la ou les parties métalliques concernés et un engrènement correct positif des dents des crémaillères et du pignon0 11. - Mécanisme de commande rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la denture centrale de l'arbre de sortie est constituée dtune série de dents interrompue dans la direction axiale de l'arbre, ce dernier portant des anneaux espacés axialement, dont chacun : a) est en élastomère ou en résine synthétique à faible coefficient de frottement et b) a un diamètre tel qu'il soit en contact avec un de deux chemins de roulement -plats espacés prévus sur ladite partie de chacun des pistons, de sorte que, pendant le fonctionnement du mécanisme de commande, ces anneaux: en contact avec les chemins de roulement opposés des pistons maintiennent un contact positif entre le ou les éléments et la ou les parties métalliques concernés et un engrènement correct positif des dents des crémaillères et du pignon.