Brevet FR2394670A1 — publié le 19790112

L'invention concerne toutes les madones volumétriques à engrenages qui comprennent des machines motrices (moteurs rotatifs) et des machines réceptrices dont le rôle est d'accroitre l'énerve du fluide qui les traverse sous forme potentielle ou cinétique, que ce fluide soit incompressible (turbo pompes) ou compressible (turbocompresseurs). De telles machines sont connues. Elles comportent toutes au moins deux rotors à axes parallèles qui s'engrènent et sont entrainés en rotation dans des chambres communicantes d'un carter muni d'orifices d'admission et d'échappement. Parmi les machines réceptrices (pompes volumétriques) il existe des machines à engrènement effectif. Un seul arbre de rotor est entrainé, mais alors le volume du creux entre deux dents est faible et le débit obtenu est faible. On a cherché à augmenter le débit en augmentant le volume du creux entre les dents grâce à un profil spécial (turbopompe BROQUET par exemple) mais le débit bien qu'amélioré, reste faible. Une autre solution permettant d'augmenter le volume du creux consiste à réduire considérablement le nombre des dents (jusqu'à deux dents par rotor dans les pompes et soufflantes ROOTS). Il faut alors bien entendu prévoir à l'extérieur du carter un engrenage normal de transmission du mouvement. Dans les machines motrices (moteurs rotatifs) le volume du creux a une importance encore plus grande puisqu'il constitue la limite supérieure du volume de la chambre de compression. Dans certaines réalisations chaque rotor ne comporte qu'une seule dent. L'engrenage extérieur de transmission est évidemment indispensable. La structure est telle que, lorsqu'une dent s'engage dans le logement de dent correspondant du rotor conjugué, le fluide est emprisonné entre deux génératrices de contact qui vont en se rapprochant entrainant ainsi la compression du fluide. Les orifices d'admission et d'échappement sont disposés d'après la fonction de la machine. Très généralement, dans les machines réceptrices l'admission et l'échappement ( ou refoulement) s'effectuent perpendiculairement aux axes des rotors dans le plan séparant les deux chambres, tandis que dans les moteurs rotatifs les orifices d'admission et d'échappement sont prévus dans les parois frontales du carter et leur ouverture et leur fermeture sont commandées directement par les arêtes des faces frontales des rotors. Ainsi dans toutes es machines vdlumétriqles à engrenages le fluide est transporté de l'orifice d'admission à l'orifice d'échappement dans au moins une chambre isolée formée entre la paroi latérale d'une dent, d'une part, et la paroi latérale du carter ou d'un logement de dent, d'autre part. Le rendement et le débit sont alors d'autant plus élevés, à vitesse de rotation des rotors et nombre de dHs égaux, que le "creux" de l'entre-dents est plus grand.Pour que le rendement ne baisse pas, il faut encore éviter, dans toute la mesure du possible, les pertes par frottement fluide et mécanique et pour cela, que les "contacts" entre les dents et le carter et entre les dents et les logements de dent soient ponctuels ( en fait il n 'y a pas de véritable contact en appui mais un interstrice aussi réduit que possible). Enfin, il faut réduire la fuite interne c'est-à-dire le volume de la partie du fluide refoulé revenant à l'aspiration. De ces points de vue les machines à engrenage connues ne donnent pas satisfaction. Les machines volumétriques à engrexages selon l'iin7ential sont du type à engrenage de transmission extérieur. Elles permettent d'atteindre les buts proposés ( débit et rendement élevés) par le fait qu'elles présentent à la fois des "creux" très importants, des contacts ponctuels, des rotors qui sont des roues cylindriques à denture droite. Ainsi les rotors bien que ne constituant pas un véritable engrenage (il n'y a pas d'entrainement de l'un par l'autre) se présentent comme des roues à profils conjugués. Afin de préciser les caractéristiques permettant d'obtenir les creux importants et les contacts ponctuels, il est utile de rappeler quelques définitions classiques concernant le profil d'une roue dentée. Cercle primitif de fonctionnement, par abréviation cercle primitif cercle décrit par rapport au profil considéré par le centre instantané du mouvement relatif du profil conjugué. Cercle de têtue : cercle circonscrit au profil. Cercle de pied (ou de fond) : cercle passant par les fonds des entredents. Cercle de pointe : cercle sur lequel se coupent les prolongements des courbes formant les deux profils de chacune des dents. Epaisseur : longueur de l'arc de cercle primitif compris entre les deux profils d'une même dent (on définit de même une épaisseur de tête sur le cercle de tête et une épaisseur en un point donné sur le cercle passant par ce point. ) Intervalle : longueur de l'arc de cercle primitif compris entre les deux profils d'un même entre-dents. Définitions auxquelles on ajoutera, avec des significations un peu différentes de celles généralement adoptées Epaisseur de base : la plus grande épaisseur du profil d'une dent. Cercle de base : cercle correspondant à l'épaisseur de base. Flanc de tête : partie du profil d'une dent comprise entre le cercle de base et le cercle de tête. Flanc de pied : partie du profil d'une dent comprise entre le cercle de base et le cercle de pied. La machine selon l'invention est remarquable en ce que pour chaque rotor le cercle de tête et le cercle de pointe sont confondus, cha cune des dents se terminant par une pointe, que le cercle de base est . lé gèrement plus grand que le cercle primitif, que l'intervalle est plus grand que l'épaisseur et égal à l'épaisseur de base, le flanc de tête du profil d'une dent étant la courbe, voisine d'une épicycloide, décrite par le point de la dent en prise de la roue conjuguée situé sur le cercle de base et le flanc de pied la courbe décrite par la pointe de ladite dent en prise. On obtient ainsi une dépouille en pied pour chaque dent et un creux profond. En outre, à chaque instant, deux dents en prise ont au moins deux contacts ponctuels délimitant une chambre de volume décroissant. Bien entendu, de façon connue, une roue de N dents peut coopérer avec Nroues conjuguées et le nombre de rotors est alors de N + 1. Un autre objet de l'invention est de prévoir que chaque rotor est cons titué par l'empilage en coincidence, d'une pluralité de roues élémentaires identiques relativement minces. Cette disposition permet, d'une part, de faciliter l'usinage et la rectification des roues et, d'autre part, de construire avec des éléments standards des machines de puissances diverses A titre d'exemple non limitatif la description suivante et la figure I du dessin annexé se rapportent à une machine comportant deux rotors identique de chacun quatre dents. La figure 2 représente un rotor comportant trois dents. A la figure I deux rotors d'une machine volumétrique sont en prise. De façon connue, ces rotors à axes 11 et 12 parallèles tournent dans deux chambres communicantes d'un carter 10, les parois intérieures enveloppant les cercles de tête des deux rotors avec un jeu très faible. Les rotors sont entrainés en rotation, dans des sens opposés, par un engrenage de transmission ( non représenté) extérieur au carter. Des orifices d'admission et d'échappement ( ou de refoulement) non représentés sont ménagés dans ledit carter à des emplacements déterminés suivant la fonction de la machine. Les rotors 13 et 14 sont des roues dentées conjuguées d'un "faux" engrenage (il n'y a pas engrènement véritable) à denture droite, les cercles primitifs 15 et 16 roulant sans glissement l'un sur 11 autre. Toutes ces dispositions sont connues. Dans l'exemple représenté, les deux rotors sont identiques (les cercles primitifs sont de même diamètre) ce qui n'est pas obligatoire et présentent chacun quatre dents, mais le nombre de dents peut varier. Conformément à l'invention, pour chaque rotor le cercle de tête et le cercle de pointe sont confondus. C'est dire que chacune des dents se termine par une pointe B intersection des courbes formant les deux profils de ses flancs de tête Les flancs de pied présentent une dépouille et de ce fait chaque dent présente des points A, A' où son épaisseur est maximale. Ces points sont situés sur un cercle 17, 18 dit cercle de base et l'épaisseur maximale AA' est dite épaisseur de base. Le rayon du cercle de base est légèrement supérieur à celui du cercle primitif Le flanc de tête de chaque dent, par exemple le flanc 19 de la dent 20 de la roue 14 est la courbe trajectoire du point A de la dent en prise 21 de la roue 13. Le point A étant situé sur le cercle de base 17 très voisin du cercle primitif 15 cette courbe est assez voisine d'une epi- cyclolde. De même le flanc du pied 22 de la dent 20 est la courbe trajectoire de la pointe B de la dent 21. Ces courbes cpi constituent les flancs de tête et de pied ne répondant à aucune- définition géométrique ne peuvent être construites que par points successifs. Selon les méthodes courantes de dessin, cela représenterait un travail énorme et donnerait une précision insuffisante nécessitant toute une série de réctifications ultérieures. I1 est donc indispensable de les obtenir par un tracé continu grâce au "dispositif pour dessiner les pièces rotatives d'un mécanisme" faisant l'objet du brevet n" 76 14451 au nom du mêm e déposant. Les essais effectués montrent que pour obtenir un fonctionnement sans décrochages et sans arc-boutements,il faut que les intervalles tels que CC' soient plus grands que les épaisseurs C'C" et en fait égaux aux épaisseurs de base AA'. Il faut encore, bien entendu, pour des questions de résistance,que le cercle de pied 23 ne soit pas trop proche de l'axe 11. Avec de tels rotors on obtient pour la machine un accroiss ement considérable du débit ou de la puissance pour des conditions (diamètre, vitesse de rotation) par ailleurs égales. I1 est clair que l'entre axe des rotors étant choisi les cercles primitifs (tels que 15 et 16) sont déterminés dès que l'on a fixé le rapport de leurs diamètres. Dans les machines vounriques ce rapport est très généralement égal à 1 (cercles primitifs égaux et rotors identiques), puisque cette disposition est celle qui permet les "creux" les plus importants. Le cercle de pied est défini, ou plus exactement son diamètre minimal est déterminé, de manière à obtenir une résistance suffisante. Il ne faut pas que le fond de l'entre-dents soit trop près de l'axe de rotation. I1 est alors possible que pour un nombre de dents donné on aboutisse à un cercle de pointe de trop grand diamètre (le cercle de pointe d'un rotor est tangent au cercle de pied de 1' autre rotor). Pour réduire ce diamètre c'està-dire la hauteur totale des dents, il faut alors ménager un espacement circonférentiel entre le flanc de tête et le flanc de pied d'un profil d'une même dent, cet espacement étant bien entendu constitué par un secteur du cercle primitif pour qu'en ces points subsiste une coopération par contact des deux rotors. Toutefois ce contact roulant apporte un risque supplémentaire de fuite et il est avantageux pour assurer l'étanchéité de prévoir sur chacun de ces secteurs des dents classiques destinées à s'engrener avec celles du rotor conjugué. A titre d'exemple la figure 2 montre un rotor à trois dents avec son cercle de pointe 30, son cercle primitif 31 et son cercle de pied 32. Pour que ce dernier ne présente pas un diamètre trop faible, le flanc de tête 33 et le flanc de pied 34 du profil d'une même dent sont séparés par un secteur 35 du cercle primitif. Comme il vient d'être dit des dents peuvent être prévues sur un tel secteur, comme représenté en 35'. Afin de faciliter l'usinage des rotors et de limiter le nombre des pièces stockées, l'invention prévoit encore de constituer chaque rotor par un empilage de plateaux identiques relativement minces (10 à 20mm. par exemple) assemblés entre eux par boulonnage grâce à des trous tels que 24a et 24b. REVENDICATIONS 1- Machine volumétrique à engrenages, motrice ou réceptrice, comportant un carter à l'extérieur duquel un engrenage classique de transmission entraine en rotation, à l'intérieur dudit carter, dans les chambres communicantes, au moins deux rotors qui sont des roues conjuguées à denture droite d'un engrenage sensiblement cycloïdal, caractérisée en ce que pour chaque rotor le cercle de tête et le cercle de pointe sont confondus, chacune des dents se terminant par une pointe, que le cercle de base est légèrement plus grand que le cercle primitif, que l'intervalle est plus grand que l'épaisseur et égal à l'épaisseur de base, le flanc de tête du profil d'une dent étant la courbe voisine d'une épicycloïde, décrite par le point de la dent en prise de la roue conjuguée situé sur le cercle de base de cette dernière et le flanc de pied la courbe décrite par la pointe de ladite dent en prise. 2- Machine volumétrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le flanc de pied et le flanc de tête de chaque profil de chacune des dents sont sépares par un secteur du cercle primitif. 3- Machine volumétrique selon la revendication 2, caractériséeen ce que les secteurs du cercle primitif formant la jonction entre les flancs de tête et de pied des dents du rotor portent des dents d'engrenage classique destinées à coopérer avec leurs homologues du rotor conjugué pour assurer l'étanchéité. 4- Machine volumétrique selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisée en ce que chaque rotor est constitué par l'empilage en coinciden- ce d'une pluralité de roues élémentaires identiques relativement minces fermement assemblées.