Brevet FR2436889A1 — publié le 19800418

Invention est relative à des perfectionnements apportés aux machines volumétriques moteurs et pompes) à engrenage du genre de celles qui comportent un carter périphérique, deux flasques latéraux fermant le carter, des pignons logés dans le carter et portés,sur au moins un de leurs côtés,par un palier flottant, et des moyens propres à déterminer,contre la face ex térieure du ou de chaque palier flottant, une chambre propre à recevoir un fluide dont la-pression croit avec la haute pressier;; (pression d'admission du moteur ou pression de refoulement de la pompe) de la machine, ladite chambre étant excentrée par rap port aux axes des pignons de manière que la surface de cette chambre situee du côté de la haute pression-soit plus grande que la surface de ladite chambre située du côté basse pression. On sait que dans les pompes et moteurs de ce genre,l'excentration de la chambre dans laquelle est admis le fluide permet d'améliorer l'equilibrage des forces qui agissent sur le palier flottant. Toutefois, cette chambre est définie de manière à assurer un équilibrage du palier pour une valeur déterminée de la basse pression (pression d'échappement du moteur ou pression d'admission de la pompe) de la machine.Si cette basse pression prend des valeurs différentes de celles pour laquelle la chambre a ét définie,ltéquilibrage du palier n'est plus aussi bon.C'est le cas,notamment,de moteurs hydrauliques travaillant avec une contrepression qui peut être variable,par exemple lors dtun freinagE hydraulique ou pour des moteurs hydrauliques montes en série. L'invention a pour but, surtout, de rendre les machines volumétriques du genre en question telles qu'elles répondent mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment telles que l'équilibrage des paliers soit assuré dans de meilleurs conditions lorsque la basse pression de la machine est susceptible de varier. Selon l'invention, une machine du genre défini précédemment est caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens proprE à former une seconde chambre excentrée contre la face extérieure du palier,la majeure partie de la surface de cette seconde cha bre étant située du côté de la basse pression et des moyens pour admettre dans cette seconde chambre du fluide dontlapres sion varie dans le même sens que la basse pression de la machine. De préférence, cette seconde chambre est reliée à la zone basse pression de la machine par un canal traversant le palier suivant une direction parallèle à l'axe des pignons, ce canal débouchant sur la face extérieure du palier. Avantageusement, la deuxième chambre est prévue entre un flasque et des moyens de support d'un joint d'étanchéité servant à délimiter la première chambre, ces moyens de.support étant en appui contre la face extérieure du palier. La machine ainsi réalisée permet d'obtenir un bon équilibrage des paliers pour un sens déterminé de rotation, quelle que soit la valeur de la basse pression de cette machine ; en particulier, pour un moteur hydraulique, l'équilibrage sub- siste que le moteur travaille sans ou avec contrepression à sa sortie, la contrepression pouvant atteindre la pression d'entrée. Dans le but d'obtenir un bon équilibrage des paliers dans les deux sens de rotation de la machine, on prévoit un piston compensateur situé, par rapport au plan passant par les axes des pignons, du côté de la majeure partie de la surface de la première chambre excentrée, ce piston compensateur étant solidaire du palier et ayant son axe orienté parallèlement à celui des pignons, la face d'extrémité de ce piston éloignée du palier définissant avec le flasque de la machine un premier espace dans lequel est admis du fluide à la pression de l'ori- fice de la machine situé, par rapport au plan des axes des pignons, du même côté que le piston, un second espace étant délimité par ce piston, avec le flasque, et étant situé suivant la direction de l'axe du piston entre le premier'espace et le palier, ce second espace étant isolé de manière étanche du premier espace et recevant du fluide à la pression de la première chambre excentrée. De préférence, l'axe du piston compensateur est situé dans le plan parallèle aux axes des pignons et équidistant de ces axes. Le piston compensateur comporte une tête dont les deux faces, respectivement extérieure et intérieure, limitent les susdits premier et second espaces, et une tige comportant un canal axial, débouchant sur la face extérieure du piston, ce canal axial étant prolongé par un canal prévu dans le palier qui débouche sur la face du palier au contact des pignons. L'invention consiste, mises à part les dispositions expo sées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode de réalisation particulier décrit avec référence aux dessins ci annexés mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1, de ces dessins, est une coupe schématique suivant I-I figure 2 d'une machine selon l'invention, la plaque d'appui 15 étant supposée retirée. La figure 2 est une coupe suivant II-II figure 1 de a machine. La figure 3 est une coupe suivant III-III, figure 1. La figure 4, enfin, est une coupe partielle suivant IV IV, figure 1. En se reportant aux dessins et plus particulièrement aux figures et 2, on peut voir un moteur à engrenage 1 comportant un carter périphérique 2, deux flasques latéraux tels que 3, fermant le carter et deux pignons 4, S engrenant l'un avec l'autre. L'exemple décrit sera relatif à un moteur hydraulique mais les explications données s'appliquent également à une pompe. Les pignons 4 et 5 sont calés en rotation, respectivement, sur des arbres 6 et 7 portés sur au moins un de leurs côtés, comme illustré sur la figure 2, par un palier flottant 8. Un palier 9 est prévu de l'autre côté. Une chambre 10 est formée contre la face extérieure 8a du palier ; cette chambre est propre à recevoir du fluide dont la pression varie dans le même stns que la haute pression de la machine ; dans le cas d'un moteur, la haute pression est celle de l'orifice d'admission A. Comme visible sur la figure 1, la chambre 10 est excentrée par rapport aux axes des pignons de manière que la surface de cette chambre située du côté de la haute pression, c'est-à-dire du côté de l'orifice d'admission A, soit plus grande que la surface située du côté basse pression c'est-à-dire du côté de l'orifice d'échappement E. La chambre 10 est limitée, dans le sens radial, vers l'extérieur, par la surfacé de l'alésage du carter 2. Le contour extérieur de cette chambre 10, comme visible sur la figure 1, a la forme d'un chiffre 8 avec une partie centrale tronquée. Vers l'intérieur, dans le sens radial, la chambre 10 est limitée par deux joints toriques 11, 12. Ces joints sont disposés autour de portées tronconiques 13a, 14a, prévues sur des douilles 13, 14 en appui, par une face plane d'extrémité, contre la face extérieure du palier 8. Le centre des portées tronconiques 13a, 14a et donc des joints 11 et 12 est décalé de la distance e (fig.1) suivant une direction perpendiculaire au plan P passant par les axes géométriques des arbres 6 et 7.Les douilles 13 et 14 ont une surface extérieure formant une portée cylindrique ayant même diamètre que la base de la portée tronconique 13a, 14a. Une plaque d'appui 1S comporte des ouvertures excentrées par rapport aux arbres 6 et 7 de manière à recevoir les portées cylindriques extérieures des douilles 13 et 14. La plaque 15 est prévue contre le flasque 3.Les joints Il et 12 sont en appui contre la face de cette plaque 15 tournée vers le palier 8. Le montage des joints 11 et 12, à l'aide des pièces décrites précédemment, est un montage anti-extrusion du genre de celui décrit et revendiqué dans le brevet français N" 2 225 045 (N" d'enregistrement national N 73 12 434) déposé le 6 avril 1973. La machine hydraulique est équipée d'un circuit r de retour des fuites internes, permettant d'évacuer ces fuites vers le réservoir B. On sait que la pression hydraulique motrice Pm du fluide arrivant par l'orifice A tend à - faire tourner le pignon 4 suivant le sens de la flèche D (figure 1) c'est-à-dire suivant le sens des aiguilles d'une montre, le pignon S tournant en sens contraire - écarter les paliers 8 et 9, suivant la direction des axes des arbres 6 et 7,en s'établissant sur la périphérie des pignons ; - pousser les paliers, suivant une direction perpendiculaire au plan P contre la paroi du carter située du côté de l'orifice d'échappement E et donc à écarter les paliers des zones de la paroi du carter située du côté de l'admission A. Des passages sont ainsi créés pour le remplissage de la chambre 10 en fluide à une pression voisine de la haute pression. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement, par une courbe g en tirets, la variation de pression du liquide suivant le contour de la section transversale de.l'alésage du carter, entre l'admission A et l'échappement E. Il s'agit d'une représentation polaire, la valeur de la pression étant portée suivant chaque rayon polaire. On voit qu'entre -l'admission A et le plan P la pression diminue faiblement et qu'au-delà du plan P jusqu'à l'orifice d'échappement E la pression diminue considérablement. Du fait de ce gradient de pression, les forces tendant à écarter les paliers 8 et 9 l'un de l'autre ne sont pas situées dans le plan P et sont décalées, par rapport à ce plan, du côté de l'admission A. La chambre 10 excentrée permet de créer des forces de sens contraire équilibrant le palier de manière satisfaisante pour une pression à l'échappement E déterminée. Pour permettre de maintenir cet équilibrage satisfaisant lorsqu'une contre pression cp s'établit à la sortie E du moteur (par exemple dans le cas d'un freinage hydraulique ou de moteurs montés en série) une seconde chambre 16 excentrée est formée contre la face extérieure 8a du palier 8 et la majeure partie de la surface de cette seconde chambre 16 (comme visible sur la figure 1) est située du côté de l'orifice E à basse pression ; des moyens 1 sont prévus pour admettre dans cette seconde chambre 16 du fluide dont la pression varie dans le même sens que la basse pression de la machine. Généralement, le fluide admis par les moyens 1 dans la chambre 16 est à la pression de l'orifice E. Avantageusement, cette seconde chambre 16 est prévue entre le flasque 3 et les moyens de support formés par les douilles 13 et 14 des joints Il et 12. Cette seconde chambre 16 se compose ainsi de deux secondes chambres élémentaires 16a, 16b, isolées l'une de'l'autre et toutes deux excentrées de manière que la majeure partie de leur surface se trouve du côté de l'orifice E. La chambre élémentaire 16a est limitée, radialement, vers l'intérieur, par une portée cylindrique 13b de la douille 13 ; cette portée 13b a un diamètre inférieur à celui de la portée de la douille 13 engagée dans l'ouverture de la plaque 15 ; la portée 13b est excentrée, par rapport au joint 11 et à la partie tronconique 13a, du côté de la majeure partie de la chambre 10 comme visible sur la figure 1 ; la portée 13b se prolonge axialement de manière à entrer dans un alésage borgne 17 prévu dans le flasque 3. Un joint s assure ltétanchéité à ce niveau ; comme visible sur les figures 2 et 4, le joint s entoure la portée 13b et est logé dans un évidement annulaire du flasque 3. La surface cylindrique de l'ouverture de la plaque 15, excentrée par rapport à 13b, limite radialement vers l'extérieur la chambre élémentaire 16a, comme bien visible sur la figure 4. La portée de la douille 13, engagée dans l'ouverture de la plaque 15 a une longueur axiale telle qu'un jeu,correspondant à la chambre 16a, subsiste entre la face frontale 13c (fig. 4) de cette portée et la face en regard du flasque 3. La chambre élémentaire 16b est constituée de la même manière que la chambre 16a, la description précédente s'appliquant à la douille 14 et à l'alésage 18 dans lequel penètre le prolongement 14b de la douille 14. Les moyens 1 pour admettre le fluide dans chaque seconde chambre élémentaire 16a, 16b, sont avantageusement formés par deux canaux 19a,19b (fig.1 et 2) traversant le palier 8 et les douilles 13,14 ffig.43 suivant une direction parallèle à celle des axes des pignons. Ces canaux l9a, 19b débouchent sur la face du palier 8 au contact des pignons au voisinage de la zone E comme visible sur la figure 1, de telle sorte que le fluide admis par ces canaux dans les chambres 16a, 16b, est pratiquement à la pression de l'orifice de sortie E. Le fonctionnement de la machine, (pour le sens de rotation D du pignon 4) est assuré avec un équilibrage modulé du palier 8, selon les valeurs de la pression motrice Pm et de la contrepression cp. En effet, dans le cas d'une contre-pression, la courbe g du gradient de pression se trouve modifiée et les rayons polaires de cette courbe ont une valeur absolue plus élevée du côté de l'orifice de sortie du moteur. Il en résulte que l'amplitude des forces tendant à écarter les zones des paliers situées vers l'orifice de sortie E sera plus élevée. L'équilibrage de ces forces supplémentaires est assuré par les secondes chambres 16a 16b. Lorsqu'une telle machine est appelée à fonctionner dans l'autre sens de rotation (pignon 4 tournant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre c'est-à-dire dans le sens contraire de la flèche D de la figure 1) les orifices d'admission et d'échappement et donc les orifices de haute pression et de basse pression vont être inversés par rapport à-la représentation de la figure 1. Il en résulte que les secondes chambres élémentaires 16a, 16b, seront mises immédiatement en communication par les canaux 19a, 19b, avec la zone de haute pression et le fluide haute pression sera admis dans ces chambres 16a, 16b. La première chambre 10 va également recevoir le fluide haute pression. 9n voit, ainsi, que la haute pression ou pression motrice Pm va être appliquée sur la totalité des surfaces des chambres 10 et 16a, 16b, ce qui constitue une sur-face trop importante, notamment du côté de l'orifice d'échappement (qui, on le rappelle, se trouve alors situé du côté gauche de la figure 1) alors que la contre-pression c p à cet orifice peut être nulle. Pour diminuer cet effort trop important d'équilibrage du côté de l'orifice d'échappement, lorsque le sens de rotation de la machine est inversé (pignon 4 tournant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre quand on regarde la figure 1) un piston compensateur 20 est prévu et situé, par rapport au plan P, du côté de la majeure partie de la surface de la première chambre 10. Sur la figure 1, le piston compensateur 20 a simplement été représenté par un contour en trait spectral. Comme visible sur la figure 3 (qui correspond à un sens de rotation inverse de celui représenté sur la figure 1), le piston compensateur 20 est solidaire du palier 8 ; l'axe du piston est orienté parallèlement à celui des pignons 4 et 5. Le piston comporte une tête 21 de plus fort diamètre, et une tige cylindrique 22. Le flasque 3 est formé de deux plaques 3a, 3b qui peuvent être séparées. La plaque 3b, qui est en appui contre le carter 2, comporte, du côté éloigné du carter, un logement 23 destiné à recevoir la tête 21 du piston. La dimension de ce logement suivant l'axe du piston est légèrement supérieure à l'épaisseur de la tête 21 ; le diamètre du logement 23 est égal à celui de la tête 21 qui peut coulisser, de manière étanche, grâce à un joint torique périphérique 24 dans ledit logement 23. La face d'extrémité 21a du piston 20 éloignée du palier 8 définit avec la plaque 3a du flasque un premier espace 25 dans lequel est admis du fluide à la pression de orifice de la machine situé, par rapport au plan P, du même côté que le piston 21. Pour le sens de marche représenté sur-la figure 3, cet orifice est celui d'échappement E. Un second espace 26 est délimité par la face interne 21b de la tête 21 du piston et par le fond 27 du logement 23. Cet espace 26 est situé, suivant la direction de l'axe du piston 20, entre le premier espace 25 et le palier 8. Le second espace 26, isolé de manière étanche du premier espace 25, communique avec la chambre 10, par un jeu annulaire 28 prévu dans le flasque 3 et dans la plaque 15 autour de la tige 22 du piston. L'axe du piston compensateur 20 est situé dans le plan T (fig. 1) parallèle aux axes des pignons 4 et 5 et équidistant de ces axes. La tige 22 du piston comporte un canal axial 29 débouchant sur la face extérieure du piston, dans l'espace 25 ; ce canal 29 est prolongé par un canal 30, prévu dans le palier 8, débouchant sur la face de ce palier au contact des pignons 4 et 5. La tige 22 du piston est engagée dans un trou 31 du palier, coaxial au canal 30. Le piston 20 est rendu solidaire du palier 8 soit par emmanchement à force de la tige 22 dans ce trou 31, soit par soudage, soit par tout autre moyen approprié, vissage notamment. L'équilibrage du palier 8, lorsque la machine est équipée du piston compensateur 20 représenté sur la figure 3, a lieu dans les conditions suivantes. Lorsque le moteur tourne dans le sens contraire de celui représenté par la flèche D, de la figure 1, l'orifice d'admission A se trouve sur la droite et l'orifice d'échappement E se trouve sur la gauche du carter, comme représenté sur la figure 3. La face intérieure 21b du piston 20 est soumise à la pression motrice Pm du fluide arrivant par orifice A. La face extérieure 21a du piston est soumise à la pression de l'orifice E ou à la contre-pression c p règnant dans cet orifice E. Il en résulte que le piston 20 va exercer sur le palier 8 une force F tendant à écarter le palier 8 du pignon 4. En faisant abstraction de la différence des surfaces entre les faces 21a et 21b, on peut admettre que cette force F est proportionnelle à la différence entre la pression motrice Pm et la contre-pression cp. Ainsi, cette force F vient diminuer l'effort de serrage du palier 8 contre les pignons, effort de serrage dû à la somme trop importante des surfaces des chambres 10 et 16a, 16b, dans lesquelles est admise la pressio-n pm. Lorsque la contre-pression c p devient égale à la pression motrice Pm, l'effet du piston compensateur est annulé. L'invention permet donc d'obtenir une machine hydraulique, notamment un moteur hydraulique à rattrapage de jeu (avec un montage anti-extrusion des joints 11 et 12 permettant de hautes pressions) qui présente de bonnes caractéristiques de rendement statique et dynamique aussi bien mécanique que volumétrique. La machine peut fonctionner avec ou sans contrepression à la sortie ; la présence d'un piston compensateur permet à la machine de fonctionner dans les deux sens en conservant ses bonnes caractéristiques de rendement et avec un bon équilibrage des paliers évitant un effort de serrage important des pignons, effort de serrage qui peut nuire au démarrage d'un moteur. REVENDICATIONS 1. Machine volumétrique (moteur ou pompe) à engrenage comportant un carter périphérique, deux flasques latéraux fermant le carter, des pignons logés dans le carter et portés, sur au moins un de leurs côtés,par un palier flottant, et des moyens propres à déterminer, contre la face extérieure du ou de chaque palier flottant, une chambre propre à recevoir un fluide dont la pression croit avec la haute pression (pression d'admission du moteur ou pression de refoulement de la pompe) de la machine, ladite chambre étant excentrée par rapport aux axes des pignons de manière que la surface de cette chambre située du côté de la haute pression soit plus grande que la surface de ladite chambre située du côté basse pression, caractérisée par le fait quelle comporte des moyens propres à former une seconde chambre excentrée contre la face extérieure du palier, la majeure partie de la surface de cette seconde chambre étant située du côté de la basse pression, et des moyens pour admettre dans cette seconde chambre du fluide dont la pression varie dans le même sens que la basse pression de la machine. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que cette seconde chambre est reliée à la zone basse pression de la machine par un canal traversant le palier suivant une direction parallèle à l'axe des pignons, ce canal débouchant sur la face extérieure du palier. 3. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la deuxième chambre est prévue entre un flasque et des moyens de support d'un joint d'étanchéité servant à délimiter la première chambre, ces moyens de support étant en appui contre la face extérieure du palier. 4. Machine selon la revendication 3, dans laquelle la première chambre est limitée vers l'intérieur dans le sens radial, par deux joints toriques, caractérisée par le fait que ces joints sont disposés autour de portées tronconiques prévues sur des douilles en appui par une face plane d'extrémité contre la face extérieure du palier. 5. Machine selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisée par le fait que la seconde chambre se compose de deux secondes chambres élémentaires, toutes deux excentrées de manière que la majeure partie de leur surface se trouve du côté de l'orifice à basse pression, et comprises entre le flasque et les douilles des joints toriques. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée par le fait que chaque seconde chambre élémentaire es-t limitée, radialement, vers l'intérieur, par une portée cylindrique de la douille du joint, cette portée se prolongeant axialement de manière à entrer dans un alésage borgne du flasque. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte un piston compensateur situé, par rapport au plan passant par les axes des pignons, du côté de la majeure partie de la surface de la première chambre excentrée, ce piston compensateur étant solidaire du palier et ayant son axe orienté parallèlement à celui des pignons, la face d'extrémité de ce piston éloignée du palier définissant avec le flasque de la machine un premier espace dans lequel est admis du fluide à la pression de l'orifice de la machine situé, par rapport au plan des axes des pignons, du même côté que le piston, un second espace étant délimité par ce piston, avec le flasque, et étant situé suivant la direction de l'axe du piston entre le premier espace et le palier, ce second espace étant isolé de manière étanche du premier espace et recevant du fluide à la pression de la première chambre excentrée. 8. Machine selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'axe du piston compensateur est situé dans le plan parallèle aux axes des pignons et équidistant de ces axes. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisée par le fait que le piston compensateur comporte une tête dont les deux faces, respectivement extérieure et intérieure, limitent les susdits premier et second espaces, et une tige comportant un canal axial, débouchant sur la face extérieure du piston, ce canal axial étant prolongé par un canal prévu dans le palier qui débouche sur la face du palier au contact des pignons. 10. Machine selon la revendication 9, caractérisée par le fait que le flasque de la machine est formé par deux plaques pouvant être séparées, la plaque qui est en appui contre le carter comportant, du côté éloigné du carter, un logement destiné à recevoir la tête du piston, la dimension de ce logement suivant l'axe du piston étant supérieure à l'épaisseur de la tête, cette dernière coulissant de manière étanche dans ledit logement.