Brevet FR2465104A1 — publié le 19810320

Rotor à vis. La présente invention concerne un profil de rotor à vis destiné à être utilisé dans un compresseur ou un expenseur à vis du type refroidi à l'huile et elle a trait, plus particu- lièrement, à un rotor à vis ayant un profil approprié pour une opération de fraisage. D'une façon générale, un rotor à vis du type à dents asymétriques utilisé dans les compresseurs à vis ou autre appareil analogue comporte un rotor femelle et un rotor mâle appariés, la majeure partie du rotor femelle se trouvant à l'intérieur du cercle primitif tandis que la majeure partie du rotor mâle se trouve à l'extérieur du cercle primitif. La fig. 1 montre un exemple du rotor à vis du type dé- crit. Un rotor femelle 1 et un rotor mâle 2 engrenant l'un avec l'autre sont adaptés pour tourner autour d'axes respec- tifs 3, 4 à l'intérieur du carter (non représenté) dans la direction des flèches de manière à fonctionner comme un com- presseur. Le rotor femelle 1 est pourvu d'une multiplicité d'entre-dents ou rainures 5 et de dents ou cloisons 6. Chaque entre-dents 5 comporte un flanc avant 7, un premier flanc arrière 8, un second flanc arrière 9 et un face 10 de fond d'entre-dents reliant entre eux les flancs 7 et 8. Ces flancs et cette face constituent une partie principale du rotor femelle, cette partie principale étant disposée à l'intérieur du cercle primitif 11. D'autre part, le rotor mâle 2 comporte une multiplicité de dents ou cloisons 12 et de rainures 13. Chaque dent 12 comporte une partie principale constituée par un flanc avant 14, un premier flanc arrière 15, un second _'0 flanc arrière 16 et une face 17 d'extrémité de dent reliant entre eux les flancs 14 et 15. La partie principale constituée par ces flancs et cette face est disposée à l'extérieur du cercle primitif 18. La partie comprise entre les points 19 et 20 du flanc avant 7 du rotor femelle 1 a une forme courbe dont le centre se trouve au point 22 qui est situé sur le prolongement d'une ligne reliant entre eux le point 20 et le point d'intersection des cercles primitifs 11, 18, c'est-à-dire le point primitif 21, et sa position est telle que la ligne reliant entre eux les points 19 et 22 est perpendiculaire à la ligne radiale à l'endroit du point 19. La partie comprise entre les points 23 et 24 du premier flanc arrière 8 est formée par une courbe qui est créée par le point de jonction 25 entre le premier flanc arrière 15 et la face 17 d'extrémité de dent du rotor mâle 2. La partie comprise entre les points 24 et 26 sur le second flanc arrière 9 est formée par le prolongement d'une ligne reliant entre eux le centre 3 de rotation et le point 24. En se référant maintenant au rotor mâle 2, on voit que la partie comprise entre les points 27 et 28 du flanc avant 14 est une courbe créée par la courbe comprise entre les points 19 et 20 du flanc avant du rotor femelle 1. La partie comprise entre les points 25 et 29 du premier flanc arrière 15 est une courbe créée par le point 24 du rotor femelle 1. La partie comprise entre les points 29 et 30 second flanc arrière 16 est une courbe créée par la partie comprise entre les points 24 et 26 du rotor femelle 1. Enfin, la partie comprise entre les points 28 et 25 de la face 17 d'extrémité de dent est un arc dont le centre se trouve au point 21 de contact des cercles primitifs. A l'extérieur du cercle primitif 11 de la dent 6 du rotor femelle 1 se trouvent la partie de raccordement entre les points 19 et 31 et la partie de raccordement entre les points 26 et 32. Ces points 31, 32 se trouvent au sommet des dents respectives. D'une façon similaire, à l'intérieur du cercle primitif 18 de l'entre-dents 13 du rotor mâle 2 se trouve une partie de raccordement entre les points 27 et 33 et une partie de rac- cordement entre les points 30 et 34. Les points 33 et 34 se trouvent sur le fond de l'entre-dents. Le rotor à vis ayant le profil décrit ne convient pas pour un fraisage. En particulier, l'angle de pression est nul à chacun des points 19, 26, 27, 30 situés sur les cercles primitifs 11, 18 des deux rotors 1, 2, de sorte qu'un cercle primitif généra- teur est établi à l'extérieur du cercle primitif du rotor. Si on fait en sorte que le-cercle primitif générateur soit extra- mement grand par rapport au cercle primitif du rotor, l'angle de pression minimale sur l'arête de la fraise se trouve accru de sorte que la durée de vie utile de l'outil se trouve avan- tageusement prolongée. Toutefois, ceci entraîne par contre une erreur polygonale importante se traduisant par une erreur nuisible de la forme du rotor. Par conséquent, l'établissement du cercle primitif générateur est limité à la fois par la durée de vie utile de l'outil et par la précision du rotor. En outre, lors du taillage de ce rotor, il n'est pas possible de préserver un rayon de courbure de l'arête de la fraise suffi- samment grand pour le rotor mâle, auquel revient la plus grande partie du taillage, de sorte que l'outil se trouve rapidement usé localement à cet endroit. En outre, du fait que l'arête coupante de la fraise présente un angle de pression minimal pour sa hauteur de dents, il est difficile d'usiner l'arête de la fraise avec une précision suffisamment élevée, ce qui se traduit par un prix plus élevé de la fraise. Le rotor à vis classique présente également l'inconvé- nient suivant en ce qui concerne aussi le point de vue des performances. D'une façon générale, les performances d'un compresseur d vis comprenant des rotors à vis est influencé par divers facteurs. En ce qui concerne le profil ou forme du rotor, ces facteurs sont la longueur de la ligne d'étanchéité et la superficie du trou de passage de fluide. La longueur de la ligne d'étanchéité est la longueur de contact entre les dents des rotors, et le produit de cette j0 longueur de contact par l'intervalle entre les rotors cons- titue la superficie de fuite. La fig. 2 montre la projection du lieu géométrique du point de contact des rotors à vis représentés sur la fig. 1, sur une coupe perpendiculaire à l'axe. En se référant à la fig. 2, on voit que le lieu géomé- trique du point de contact entre les parties de raccordement ou parties de prolongement des côtés avant des rotors 1, 2 est représenté par la courbe a-b-c. De façon similaire, le lieu géométrique des points de contact entre les parties de rac- cordement ou parties de prolongement du côté arrière est représenté par la courbe a-d-c. Le lieu géométrique du point de contact entre les flancs avant est représenté par la courbe a-e. Le lieu géométrique du point'de contact entre la face de fond d'entre-dents du rotor femelle 1 et la face d'extrémité de dent du rotor mâle 2 est représenté par la courbe e-f. Le lieu géométrique du point de contact entre le premier flancs arrière est représenté par une courbe f-g et une courbe g-h. Le lieu géométrique du point de contact entre les seconds flancs arrière est représenté par la courbe h-a. Ces rotors à vis ont des longueurs de lignes d'étanchéité importantes au lieu géométrique de point de contact ab-c, a-d-c et a-e. La longueur importante de la ligne d'étanchéité entre les rotors entraîne une superficie de fuite accrue en conséquence, ce qui se traduit par une détérioration des performances du compres- seur. Sur la fig. 2, le trou de passage de fluide formé entre le point d'arrête i du carter haute-pression et le point g sur le lieu géométrique mentionné ci-dessus est grand en raison du fait que la distance séparant les points i et _ est importante car la partie comprise entre les points 24 et 26 de la seconde face latérale arrière 9 du rotor femelle 1 est formée par une ligne droite et du fait également de la pression des parties de raccordement ou parties de prolongement entre les points 26 et 32. Le trou de passage de fluide de grande dimension a tendance à permettre au fluide de fuire de la chambre haute pression vers la chambre basse pression, ce qui diminue les 3 performances du compresseur. Un rotor à vis conçu pour résoudre le problème mentionné ci-dessus est décrit par exemple, dans le brevet U.S. NO 3.787.154. Toutefois, ce rotor à vis ne peut pas apporter une - solution satisfaisante au problème de la durée de vie utile de l'outil, de la superficie du trou de passage de fluide, etc... C'est pourquoi l'objet de la présente invention est de procurer un rotor à vis dans lequel la superficie du trou de passage de fluide ainsi que la longueur de la ligne d'étan- chéité sont réduits de manière à assurer une performance plus élevée. Un autre objet de la présente invention est de procurer un rotor à vis de haute précision et de prix peu élevé en facilitant l'usinage de haute précision de l'arête de coupe de l'outil de fraisage et en améliorant la durée de vie utile de cet outil de fraisage. A ces fins, conformément à la présente invention, cette dernière procure un agencement de rotors à vis du type re- froidi à l'huile et comportant un rotor femelle et un rotor mâle pouvant tourner autour d'axes respectifs en engrenant l'un avec l'autre, cet agencement de rotor étant caractérisé par le fait que le flanc avant du rotor femelle est constitué par un premier flanc avant formé par un arc de rayon R1 et dont le centre se trouve en un point situé à l'extérieur du cercle primitif du rotor femelle et un second flanc avant formé par un arc de rayon R2 et dont le centre se trouve à un point situé à l'intérieur du cercle primitif, et que le flanc arrière du rotor femelle est-constitué par un premier flanc arrière créé par l'extrémité de dent extérieure du rotor male de rayon R5 et dont le centre se trouve en un point situé sur la ligne reliant entre eux les axes de rotation des rotors, et un second flanc arrière formé par un arc de rayon R3 plus petit que R2 du second flanc avant et dont le centre se trouve en un point situé à l'intérieur du cercle primitif, tandis que le profil des dents dudit rotor mâle est matériellement défini par les arcs des flanc avant et arrière du rotor femelle. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexes, sur lesquels: la fig. 1 est une vue en coupe d'un agencement classique de rotors à vis, cette coupe étant faite dans un plan perpen- diculaire aux axes des rotors; la fig. 2 est une représentation schématique destinée à l'explication du trou de passage de fluide et du lieu géomé- trique du point de contact dans un agencement classique de rotors à vis; la fig. 3 est une vue en coupe d'un agencement de rotors à vis selon un mode de réalisation de l'invention, cette coupe étant faite dans un plan perpendiculaire aux axes des rotors; la fig. 4 est un graphique montrant la relation entre le rapport de glissement et l'angle de rotation dans l'agencement de rotors à vis de l'invention; la fig. 5 est une représentation schématique-servant à expliquer le trou de passage de fluide et le lieu géométrique du point de contact dans l'agencement de rotors à vis de l'invention; et les fig. 6 et 7 sont des vues en coupe d'agencements de rotors à vis réalisés selon différents modes de réalisation de l'invention, ces coupes étant faites dans des plans perpendi- culaires aux axes des rotors. On va décrire maintenant les modes de réalisation préfé- rés de l'invention. La fig. 3 est une vue en coupe d'un agencement de rotors à vis réalisés selon un mode de réalisation de la présente invention, les mêmes références étant utilisées pour désigner les mêmes parties ou éléments que ceux de la fig. 1. En se référant à la fig. 3, on voit que le rotor femelle 1 est dépourvu des parties de raccordement ou parties de prolongement à l'extérieur du cercle primitif 11 et est cons- titué, par conséquent, uniquement par la partie principale disposée à l'intérieur du cercle primitif. D'une façon simi- laire, le rotor mâle 2 est dépourvu des parties de raccor- dement ou parties de prolongement à l'intérieur du cercle primitif 18 et, par conséquent, est constitué uniquement par la partie principale disposée à l'extérieur du cercle primi- tif. Ce rotor femelle 1 et ce rotor mâle 2 comportent cinq à six dents respectivement. Le rotor femelle 1 est adapté pour être entraîné par le rotor mâle 2. En examinant tout d'abord le rotor femelle 1, on voit que celui-ci comporte entre les points 36 et 37 un premier flanc avant 35 formé par un arc de rayon R1 et dont le centre se trouve en un point 38 sur le prolongement d'une ligne reliant entre eux le point 37 et le point 21 d'intersection des cercles primitifs 13, 18. Le rayon R1 est choisi de manière à être de 1,3 à 2,5 fois plus grand que le rayon R4 formant la face de fond dentre-dents de flanc avant mentionné en dernier. La limite inférieure de cet angle est déterminée par l'angle de pression de la fraise et du rapport de glissement du flanc avant du rotor femelle 1 tandis que la limite supérieure est déterminée par l'épaisseur de paroi du second flanc avant et du second flanc arrière du rotor femelle 1 en ce qui concerne la résistance mécanique. En choisissant une valeur importante pour le rayon R1 de l'arc du premier flanc avant 35 par-rapport à celle choisie dans le cas du rotor à vis classique, il est possible de conserver un angle de pression important pour l'arête de l'outil de fraisage de sorte que la fabrication de cet outil de fraisage se trouve considérablement facilitée. Par consé- quent, il est possible de former un outil de fraisage présen- tant une forme d'arête finie avec précision à un prix peu élevé. En même temps, du fait que le rapport de glissement à l'endroit de la partie comprise entre les points 36 et 37 sur le premier flanc avant 35 du rotor femelle 1, par l'intermé- diaire de laquelle la force motrice est transmise du rotor mâle 2 au rotor femelle 1 pour entraîner ce dernier, se trouve avantageusement réduit de sorte que l'usure des deux rotors se trouve considérablement diminuée tandis que l'on obtient une réduction des pertes mécaniques. En particulier, le rapport de glissement à l'endroit du premier flanc avant 35 se trouve réduit, comme représenté par la courbe en trait plein sur la fig. 4, cela en raison de l'augmentation du rayon R1 et- de plus, ne se trouve pas beaucoup modifié par la variation de l'angle de rotation. Par contre, dans l'agencement classique de rotors à vis, le rap- port de glissement est important dans des proportions inad- missibles, comme représenté par la courbe en traits mixtes et varie quand l'angle de rotation change. En se référant de nouveau à la fig. 3, on voit que la référence 39 désigne un second flanc avant du rotor femelle 1, ce second flanc étant relié au premier flanc avant de ce rotor. Ce second flanc avant 39 s'étend entre les points 36 et qui se trouvent sur un arc de cercle d'un rayon R2 dont le centre se trouve au point 41 sur le prolongement d'une ligne reliant les points 38 et 36 à l'intérieur du cercle primitif 11. L'arc du rayon R2 est supérieur à l'arc formé à l'extré- mité de la dent du flanc arrière que l'on décrira par la suite. En choisissant une valeur importante pour le rayon R2 de l'arc formant le second flanc avant 39, il est possible d'améliorer considérablement la durée de vie utile de l'arête de l'outil de fraisage. En même temps, la longueur du lieu géométrique de contact du flanc avant se trouve considérablement réduite par rapport à cette longueur dans le cas de l'agencement classique de rotors à vis car la ligne d'étanchéité formée par les parties de raccordement ou de prolongement se trouve éliminée de sorte que la fuite du liquide est considérablement moindre. En particulier, comme on peut le voir sur la fig. 5, la longueur du lieu géométrique de la ligne de contact entre le premier flanc avant 35 du rotor femelle 1 et le rotor male 2 mentionné en dernier est représentée comme étant la distance entre les points i et k tandis que la longueur du lieu géomé- trique de la ligne de contact entre le second flanc avant 39 et le rotor mâle 2 est indiquée comme étant la distance com- -,5 prise entre les points k et 1. La référence 42 désigne un premier flanc arrière du rotor femelle 1, ce flanc étant constitué par une partie s'étendant entre les points 43 et 44 qui sont créés par l'arc de la face d'extrémité de dent du rotor male 2 mentionné en dernier. La 7o référence 45 désigne un second flanc arrière du rotor femelle 1. Ce flanc 45 est constitué par une partie s'étendant entre les points 44 et 46 formés par un arc de rayon R3 dont le centre se trouve au point 47. Ce rayon R3 est choisi de ma- nière à être extrêmement faible par rapport au rayon.précité R2 mais non pas faible au point de nuire à la durée de vie utile ou durabilité de l'arête de l'outil de fraisage. Le rapport entre les rayons R2 et R3 est choisi de manière à se 2 465104 situer dans la plage indiquée ci-dessous, en tenant compte à la fois de la durée de vie utile de l'outil de fraisage et de la superficie du trou de passage de fluide 0,15; R3/R2. 0,45 En particulier, la limite inférieure du rapport est déterminée par la superficie du trou de passage de fluide tandis que la limite supérieure est déterminée par la durée de vie utile de l'outil. En engendrant le premier flanc arrière 42 à l'aide d'un arc, la partie devant être engendrée par les points est éliminée de sorte que l'effet d'étanchéité devient moins sensible à la précision de la forme, ce qui se traduit par un effet d'étanchéité meilleur et, par conséquent, par de meilleures performances. En outre, du fait que le rayon R3 de l'arc constituant le second flanc arrière 45 est choisi de manière à être extrê- mement faible par rapport au rayon précité R2, l'intervalle entre les points 1 et i, lequel est formé lorsque la prise entre le point 44 du rotor femelle 1 et la face d'extrémité de dent du flanc arrière du rotor mâle 2 mentionné en dernier coïncide au point y, se trouve considérablement réduit par rapport au cas classique comme on peut le voir sur la fig. 5. Par conséquent, on obtient une amélioration remarquable des performances. La référence 48 désigne une face d'entre-dents de flanc arrière reliant entre eux le premier flanc avant 35 du rotor femelle 1 et le premier flanc arrière 42 du rotor femelle 1. La partie comprise entre les points 37 et 43 de la face 48 de fond d'entre-dents de flanc arrière est formée par un arc de rayon R4 dont le centre se trouve au point d'intersection 21 mentionné précédemment ou dans son voisinage. On va maintenant décrire ci-après le rotor mâle 2. La référence 49 désigne un premier flanc avant s'étendant entre les points 50 et 51 qui sont engendrés par l'arc du premier flanc avant 35 du rotor femelle 1 (points 36 à 37). Un second flanc avant 52 s'étend entre les points 51 et 53 qui sont engendrés par l'arc (points 36 à 40) du second flanc avant 39 du rotor femelle 1. Un premier flanc arrière 54 s'étend entre les points 55 et 56 engendrés par l'arc (points 44 à 46) du second flanc arrière 45 du rotor femelle 1. Une face 57 d'extrémité de dent de flanc avant s'étend entre les points 50 et 58 formés, comme dans le cas de la face 48 de fond d'entre-dents avant par un arc de rayon R4 dont le centre se trouve au point 21 d'intersection ou dans son voisinage. Une référence 59 désigne une face d'extrémité de dent de flanc arrière qui engendre le premier flanc arrière 42 du rotor femelle 1 et s'étend entre les points 55 et 58 formés par un arc de rayon R5 dont le centre se trouve au point 60 sur une ligne reliant entre eux les centres de rotation 3, 4 des deux rotors 1, 2. Les références 3' et 4' désignent respectivement les points de la périphérie extérieure du rotor femelle 1 et le fond d'entre-dents du rotor male 2. La périphérie extérieure du rotor femelle 1 et le fond dentre-dents du rotor mâle 2 sont formés par les arcs ayant pour rayons les rayons des cercles primitifs 11, 18 et pour centres les centres 3, 4 des deux rotors 1, 2. Les fig. 6 et 7 désignent des modes de réalisation dif- férents de l'invention qui diffèrent du mode de réalisation représenté sur la fig. 3 par le fait que les seconds flancs avant 61, 63 et les seconds flancs arrière 62, 64, qui sont formés par des arcs de rayon R2, R3 et dont le centre se trouve en un point intérieur au centre primitif 11 du rotor femelle 1, se trouvent à l'extérieur ou à l'intérieur du cercle primitif 11, comme représenté. En disposant le second flanc avant et le second flanc arrière de cette manière, il est possible de choisir n'importe quel coefficient voulu de profil de dents. Comme on l'a décrit, selon la présente invention, les premier et second flancs avant constituant le flanc avant du rotor femelle sont formés par des arc de grands rayons R1, R2, de sorte que le fraisage est facilité et, en même temps, la fabrication de l'outil de fraisage dont l'arête de coupe a une précision élevée se trouve également facilitée. De plus, la durée de vie utile de l'outil de fraisage se trouve remar- il quablement prolongée et l'usure des deux rotors est considé- rablement moindre. On remarquera également que, du fait que les premier et second flancs arrière constituant le flanc arrière du rotor femelle 1 sont formés par l'arc engendré par l'arc de l'ex- trémité du rotor mâle ayant un diamètre R5 et un arc de rayon R3 qui est plus petit que le rayon R2 du second flanc avant, la superficie du trou de passage-de fluide se trouve considé- rablement réduite de manière que l'on obtient une amélioration remarquable des performances. Dans le mode de réalisation décrit, les rotors femelles et mâles comportent cinq ou six cloisons ou dents, respecti- vement. Ce nombre de dents ou cloisons n'est pas toutefois impératif et on obtient aussi un avantage équivalent par une combinaison de rotors male et femelle comportant quatre ou cinq dents, six ou sept dents ou sept et huit dents. REVENDICATIONS 1. Agencement de rotors à vis du type refroidi par l'huile comportant un rotor femelle et un rotor mâle adaptés pour tourner autour d'axes parallèles en engrenant l'un avec l'autre, caractérisé par le fait que le flanc avant dudit rotor femelle comprend un premier flanc avant formé par un arc de rayon R1 dont le centre se trouve en un point extérieur au cercle primitif dudit rotor femelle et un second flanc avant formé par un arc de rayon R2 dont le centre se trouve en un point à l'intérieur dudit cercle primitif, et que le flanc arrière dudit rotor femelle comprend un premier'flanc arrière engendré par l'arc de l'extrémité de dent dudit rotor mâle ayant un rayon R5 et dont le centre se trouve en un point sur la ligne reliant entre eux les centres de rotation desdits rotors et un second flanc arrière formé par un arc qui a un rayon R3 plus petit que le rayon R2 dudit second flanc avant et dont le centre se trouve en un point situé à l'intérieur dudit cercle primitif, tandis que le contour de dent dudit rotor mâle est formé matériellement par les arcs dudit flanc avant et dudit flanc arrière dudit rotor femelle. 2. Agencement de rotors à vis suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la force motrice d'entraînement est transmise entre lesdits premier flancs avant dudit rotor femelle et dudit rotor mâle. 3. Agencement de rotors à vis suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le rapport entre le rayon R3 de l'arc formant ledit-second flanc arrière et le rayon R2 de l'arc formant ledit second flanc avant dudit rotor femelle est choisi de manière à satisfaire la relation suivante 0,15. R3/R2 '0,45 4. Agencement de rotors à vis suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une face de fond dentre-dents de flanc arrière formée entre ledit flanc avant et ledit flanc arrière dudit rotor femelle est formée par un arc de rayon R4 dont le centre se trouve au point (21) d'intersection des cercles primitifs (11, 18) des deux rotors. * 13 5. Agencement de rotors à vis suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit flanc avant, ladite face de fond dentre-dents de flanc avant et ledit flanc arrière dudit rotor femelle sont raccordés entre eux de façon régulière. 6. Agencement de rotor à vis suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit flanc avant dudit rotor femelle est formé par un arc de rayon R1 dont le centre se trouve en un point (38) situé sur le prolongement d'une ligne reliant entre eux un point d'extrémité (37) de face de fond dentre-dents de flanc avant et de point (21) d'intersection desdits cercles primitifs (11, 18) des deux rotors. - 7. Agencement de rotors à vis suivant les revendications 4 ou 6, caractérisé par le fait que le rayon R1 dudit premier flanc avant dudit rotor femelle est choisi de manière à être égale à 1,3 à 2,5 fois le rayon R4 de la face de fond d'entre- dents de flanc avant de ce rotor. 8. Agencement de rotor à vis suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la périphérie extérieure dudit rotor femelle et du fond dentre-dents dudit rotor mâle sont formés par des arcs dont les centres se trouvent sur les axes respectifs des rotors. 9. Agencement de rotors à vis suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie extérieure extrême dudit second flanc avant et la partie extérieure extrême dudit second flanc arrière se trouvent à l'extérieur dudit cercle primitif dudit rotor femelle. 10. Agencement de rotors à vis suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie extérieure extrême dudit second flanc avant et la partie extérieure extrême dudit second flanc arrière se trouvent dans ledit cercle primitif dudit rotor femelle. 11. Agencement de rotors à vis suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la différence du nombre de dents entre lesdits rotors femelle et mâle est égal à un.