Brevet FR2510670A1 — publié le 19830204

-21 - La présente invention concerne un moteur hydraulique comportant a) des pistons disposés dans un barillet txe en étant répartis autour d'un axe central de celui- ci, ces pistons pouvant être déplacés en étant sol- licités par un fluide sous pression commandé cycli- quement, b) un disque incliné prenant appui en son centre et attaqué par fes extrémités libres des pis- tons pour engendrer un mouvement de mutation, c) un arbre de sortie situé dans le prolongement de l'axe du barilet et accouplé, par l'intermédiaire de moyens d'entraînement, au disque incliné, de telle sorte que le mouvement de mutation de ce disque se trans- forme en un mouvement de rotation de l'arbre de sor- tie, et d) un mécanisme réducteur de vitesse. Le problème auquel l'invention a apporté une solu- tion consistait à créer un moteur hydraulique à piston axial tournant lentement, qui soit peu encombrant, de structure simple et qui, vec un bon coefficient de rendement, assure un couple de rotation élevé. Dans les moteurs hydrauliques à piston axial con- nus du genre décrit ci-dessus, les moyens d'entraine- ment entre le disque incliné et l'arbre de sortie sont conçus de telle sorte que ce dernier tourne à une vites- se qui correspond à la fréquence du mouvement de nuta- tion du disque incliné. Etant donné que la puissance du moteur hydraulique dépend finalement du débit de fluide sous pression qui le traverse, on ne peut, avec un moteur de faible encombre- ment, obtenir une puissance élevée que si la fréquence de nutaticn du disque incliné est elle-méme élevée. En d'autres termes, l'arbre de sortie doit tourner rapi- dement et ne peut fournir qu'un faible couple de rota- tion, Lorsque l'arbre de sortie d'un tel moteur hydrau- lique doit tourner à vitesse lente, il faut donc l'ac- coupler à un réducteur de itesse Il est par conséquent connu d'associer à un moteur hydraulique à piston axial ayant un arbre de sortie tournant à vitesse élevée un réducteur de vitesse formant un dispositif séparé, pour -2 2510670 transformer un tel moteur en un moteur à vitesse lente et à couile de rotation élevé L'adjonction d'un réducteur de vitesse complémentaire séparé cons- titue une complication. On connait également des moteurs hydrauliques à engrenages, à vitesse lente,dont le volume avalé est élevé Dans ces moteurs, l'arbre de sortie peut tourner lentement sans interposition d'un réducteur. Toutefois, avec ce type de moteur la pression maximale admissible du fluide ne peut, par construction, être que faibe, d'o forcément un couple de rotation maximal réduit En outre, ces moteurs ont un coefficient de ren- dement relativement faible. I Le problème auquel l'invention a apporté une solu- tion consistait donc à réaliser un moteur hydraulique à piston axial d*enre décrit en préambule de telle sorte qu'il soit en mesure de fournir un couple de rota- tion élevé bien que ce moteur soit peu encombrant et de structure simple. La solution à ce problème est caractérisée par le fait que les moyens d'entraînement sont cnnçus en tant que réducteur de vitesse qui transforme la fréquence du mouvement de nutation du disque incliné en une vitesse de rotation plus faible de l'arbre de sortie et qui est constitué par une denture droite sur la face du disque incliné tournée vers l'arbre de sortie, disque qui est supporté de manière à pouvoir basculer de tous côtés et par une contre-denture à nombre de dents, différent prévue à l'extrémité de l'arbre de sortie située coté disque incliné, cette contre-denture étant en prise nu- tante avec la dite denture du disque incliné Ainsi, dans le moteur hydraulique à barillet selon l'inventimn, le réducteur de vitesse fait partie intégrante du mo- teur Les moyens d'entratnement entre le disque incliné et l'arbre de sortie sont eux-mêmes conçus pour consti- tuer ce réducteur, de sorte qu'un réducteur séparé de- vient superflu Le moteur peut tourner à une fréquence de nutation élevée de son disque incliné, avec une gran- -3 2510670 3 -2 670 de puissance motrice et par conséquent aussi un faible encombrement, et pourtant il fournit à l'arbre de sortie, tournant lentement en fonction du rapport de réduction choisi, un couple de rotation Élevé rendu possible par un pression de service beaucoup plus forte que celle de moteurs à engrenages En meme temps est obtenu un bon Èoefficient de rendement et, par suite de la fréquence de nutation élevée, l'arbre de sortie tourne régulièrement, pratiquement sans pul- sations. Il est avantageux qu'entre le disque incliné et le barillet opèrent des moyens d'appui qui transforment la fréquence du mouvement de nutation du disque incliné en me rotation plus lente, voire nulle, de ce disque dans le barillet En choisdsant convenablement le nom- bre de dents# de manière analogue au calcul du nombre de dents des engrenages planétaires, on peut obtenir une démultiplication de la valeur souhaitée Le disque incliné peut ne pas tourner dams le barillet, ou tourner dans celui-ci à une vitesse différente de la fréquence de nutation et dans une direction dépendant du rapport des nomb itde dents. Les/moyens d'appui peuvent être constitués par une denture sur le disque incliné avec laquelle une denture d'appui solidaire du barilet est en prise nutante. Dans cette disposition, la denture du disque incliné qui forme une partie des moyens d'appui est en-Même temps la denture droite qui forme une partie du réduc- teur de ibesse De tels moyens d'appui sont d'une con- ception simple et faciles à réaliser. Pour faire varier la vitesse de rotation à la sor- tie on peut faire en sorte que la contre-denture soit formée sur une pièce interchangeable solidaire en rota- tion de l'arbre de sortie mais pouvant être détachée d ce dernier Il suffit alors de prévoir plusieurs pièces interchangeables de ce genre ayant des nombres de dents différents On peut aussi transformer le moteur hydraulique selon l'invention enun moteur à Vitesse de sortie rapide, égale à la fréquence de nutation, ceci -4- au moyen d'une pièce interchangeable solidaire de l'arbre de sortie et appliquée par une surface contre le disque incliné Ainsi, par simple échange d'une seule pièce, le champ d'utilisation du moteur hydrau- lique selon 1 ' invention peut être fortement élargi. Suivant une disposition particulièrement simple pour transformer le moteur selon l'invention en un appareil à vitesse rapide, une pièce interchangeable est prévue, qui comporte une surface d'entralnement inclinée s'appliquant contre les arêtes frontales de la denture droite du disque incling. Lorsque le moteur hydraulique selon l'invention comporte un arbre de commande central qui est muni de parties distributrices de fluide sous pression aux pis- tons du moteur et qui tourne dans le barillet à la fré- quence de nutation du disque incliné avec lequelcet arbre est en prise, il est possible d'associer à cet arbre de commaride clentral un arbre de sortie secondaire. Grace à ce dernier, un seul et même moteur peut fournir d'un oeté un couple de rotation élevé à faible vitesse et, de l'autre coté, un couple de rotation faible à vitesse élevée. Un exemple d'exécution de l'invention est d 6 crit ci-après en se r 6 f 6 rant au dessin annexé I sur ce dernier la figure 1 est une vue en coupe longitudinale dun moteur hydraulique à barillet selon l'inventicn, la figure 2 illustre un détail de l'arbre de commande du moteur hydraulique selon la fig 1 i, dans une position angulaire différente de celle sur la fig i, et lesfig 3 et 4 sont des vues en coupe de l'arbre de commande selon la fig 2, suivant les lignes de coupe III-III et IV-IV respectivement, trac 6 es sur la fig 2. Le moteur hydraulique représenté au dessin comporte un barillet 1 auquel est fix 6 de manière 6 étanche un cou- vercle la Autour de l'axe géométrique longitudinal A du barillet sont réparties des chambres cylindriques 2 parallèles à cet axe et à -égale distance angulaire les unes des autres. _ 5 _ Le dessin en montre dux 5 en pratique, au moins trois, de préférence cinq ou davantage, sont disposées dans le barillet, ui nombre impair étant avantageux Dans chacune de ces chambres cycliques 2 un piston 3 peut coulisser et légèrement basculer Chaque piston 3 prend appui par son extrémité arrière contre un res- sort de compression 4 symbolisé par des lignes en trait mixte L'autre extrémité de chaque piston est engagée dans un logement d'appui hémisphérique 5 ménagé dans un disque incliné 6 Ce disque est dispc O dans un évide- ment 7 du barillet en formant un angle aigu avec l'axe géométrique A Cet évidement 7 est fermé vers l'exté- rieur par le couvercle la. Dans le couvercle la est monté à rotation, coa- 1 _ xialement à l'axe géométrique A, un arbre de sortie 8 str roulements à aiguilles 9 Une pièce interchan- geable 10 qui, à son extrémité tournée vers le disque inlin 6 6, forme une tête l Oa constituée par une colle- rette, est fixée de manière amovible sur l'arbre de sor- tie 8 et de façon à tourner avec lui Sur la tête 10 a est prévu, sur la face de cette tête tournée vers le disque incliné 6, un mamelon d'appui arrondi lo O b qui pénètre dans un évidement d'appui arrondi Il ménagé dans le disque incliné 6 et grâce auqul ce dernier est soutenu avec possibilité de basculement, Entre la face de la tète l Oa tournée vers l'arbre de sortie 8 et le couverle la du barillet est interposée une but 6 e axiale 12. Sur la face du disque incliné 6 tournée vers l'ar- bre de sortie 8, est formée une denture droite 13 dont les dents cunéiformes vont en s'agrandissant vers l'ex-. térieur Avec cette denture 13 coopère une contre- denture cunéiforme correspondante 14 sur la face d:ex - trémité de la tto O 10 a tournée vers le disque irliné 6 entourant le mamelon d'appui arrondi lob. Sur la surface intérieure du couvercle de barillet la, donc solidaire de celui-ci, est formée une dnture d'appui 15 qui coopère avec la partie de la denture droite 6 - 13 qui s'6 tend radialement vers l'extérieur au-delà de la contre-denture 14. Pour amener au moteur hydraulique le fluide sous pression, notmment de l'huile hydraulique, et pour évacuer celui-ci, des raccords 16 et 17 sont ménagés dans le barillet Un arbre de commande 18 est monté à rotation dans le barillet 1, dans l'axe géométrique A Comme on le voit notamment aux fig 2 à 4, cet arbre 18 est muni de canaux et rainures de commande par lesquels, en liaison avec dés rainures et canaux ménagés dans le barillet, le fluide sous pression est cycliquement amené aux chambres cylindriques 2 et évacué de celles-ci A son extrémité tournée vers le disque incliné 6 l'arbre de commande 18 portein disque d'entra/nement 19 qui, par une face inclinée correspon- dant à l'inclinaison du disque incliné 6, est en contact par friction avec la face de ce disque tournée vers l'arbre de commande 18 Le disque d'entra 1 nement 19 prend appui, par sa face arrière, sur une butée axiale 20 montée au fond de l'évidement 7 du barillet. Le moteur hydraulique à barillet décrit ci-dessus fonctionne comme suit, Par l'intermédiaire de l'arbre de commande 18, du fluide sous pression est cycliquement envoyé dans les chambres cylindriques 2 et évacué de celles-ci, conti- nuellement De ce fait les pistons 3 sont,au rythme de l'arrivée du fluide, repoussés hors de ces chambres en contraignant le disque ircliné 6 à décrire un mouvement basculant autour du mamelon d'appui central lob Etant donné que ce mouvement basculant se produit cycliquemnent, le disque incliné 6 décrit donc une nutation dans l'évi- dement 7 du barillet. Lorsque le nombre de dents de la denture d'appui est égal à celui des dents de la denture droite 13, l'engrènement nutant entre les dentures 13 et 15 fait que toute rotation du disque incliné 6 dans le barillet 1 est exclue Ceci est souhaité pour obtenir:nne vitesse de rotation aussi faible que possible à la sortie; c'est 2510670 pourquoi le nombre de dents en 13 est le même que celui en 15 dans la forme d'exécution préférée I 1 est tou- tefois possible de concevoir des nombres de dents différents lorsque l'on veut que le disqueincliné tourne dans le barillet 1 Dans ce cas cependant les pistons 3 devraient attaquer le disque incliné 6 par des patins de glissement. Les pistons 3 peuvent suivre le mouvement de nutation parce que, comme on peut le voir à la fig le, ils sont maintenus avec une certaine possibilité de basculement et pénètrent par des tètes bombées dans les logements d'appui 5 Les ressorts de compression 4 garantissent un contact permanent entre les pistons 3 et les logements 5 Les pistons 3 sont traversés par un alésage, de sorte que leur appui sur le disque incliné 6 se trouve soulagé hydrauliquement dans une grande mesure. Le mouvement de nutation du disque incliné 6 est, par l'intermédiaire du disque d'entra-nement 19 en con- tact avec sa face arrière, transformé en un mouvement de rotation de l'arbre de commande 18 qui orrespond à la fréquence du cycle d'amende de fluide sous pression, de sorte que l'arrivée et l'évacuation dece fluide se trouvetainsi commandées de la manière désirée. La denture droite 13 du disque imliné 6 est, dans sa partie radialement intérieure, en prise nutante avec la contre-denture 14 de la pièce interchangeable La vitesse de rotation de l'arbre de sortie 8 dépend du nombre de dents relatif de ces deux dentures 3 et du rapport entre le nombre de dents de la denture 13 et celui de la denture 15 A nombre de dents égal le rapport de transmission est s Noembre de dents de la contredenture 14 Nombre de dents de la denture "roite 3 ire' dents de la conre- denture, 4 Si par exemae la denture droite 13 comporte 22 dents alors que la contre-denture 14 en a 21, la démul- tiplication est égale à 21, 1 On peut donc, en nchoi- sissant une petite différence entre les nombres de dents, 7 - obtenir une forte démultiplication et ainsi une faible vitesse de rotation à l'arbre de sortie, d'o un couple de rotation élev 6. Les dentures 13 et 14 forment ainsi un réducteur de vitesse intégré au moteur hydraulique qui permet, à fréquence de nutation élevée du disque incliné 6 et donc à fort débit de fluide, de faire tourner l'arbre de sortie 8 à faible vitesse sans réducteur séparé et de disposer à cet arbre dmun couple de rotation élevé, tout cela avecuin encombrement réduit. En prdvoyant des pièces interchangeables 10 ayant différents nombres de dents dans la contre-denture 14 il est possible d 4 assurer différents rapports de démul- tiplication Il faut en tout cas tenir compte de la g 4 o- m 6 trie de la denture Lorsque la denture droite 13 a da- vantage de dents que la contre-denture 14, il se produit une inversion du sens de rotation On peut également prévoir un*ièce interchangeable O 10 dans laquelle la denture droite 14 est remplacée par une face inclinée, analogue à celle du disque d'entra"- nement 19, qui repose par sa surface sur les arêtes fron. tales de la denture droite 13 ou sur un Misque de nuta- tion non &ntde Dans ce cas, le disque incliné 6 entrai- ne l'arbre de sortie à la fréquence de son mouvement de nutation, de sorte qu'il en résulte une commande directe. A l'arbre de commande 18 peut être relié un arbre de sorte secondaire 21 sortant du barillet 2 du côté opposé à l'arbre de sortie primaire 8 Ainsi il est possible de disposer, sur le même moteur hydraulique, d'un côté d'une faible vitesse de rotation avec un cou- ple de rotation élevé, de l'autre côté d'une vitesse de rotation qui correspond àlaâféquence de nutatim du disque incliné 6, avec un couie de rotation faiblea La prise de force secondaire peut servir par exemple pour la vitesse rapide d'une machine, tandis que la prise de force primaire la fait fonctionner en régime normal On peut aussi installer un tachymètre sur l'arbre de sortie secondaire 21, et/ou un frein Cet 8 - -9 _ arbre pourrait aussi entrainer une pompe auxiliaire, etc. L'invention n'est pas limitée à l'exemple d'exé- cution décrit ci-dessus En particulier, le sys- tème d'appui qui, dans le barillet 1, verrouille le disque incliné 6 en rotation, peut être conçu diffé- remment Il serait par exemple possible d'utiliser pour cela une disposition de retenue mobile La den- ture d'appui 15 pourrait aussi être prévue sur la paroi intérieure de l'évidement 7 et coopérer avec une denture droite du disque incliné 6 Une disposi- tion sur la face axiale intérieure de l'évidement 7 est également concevable 5 dans ce cas, il faudrait prévoir une contre-denture correspondante au dos du disque incliné Ces deux dernières dispositions aurp'ient pour avantage que le diamètre de la contre-denture 14 sur la pièce interchangeable 10 pourrait être prévu plus grand, permettant ainsi la transmission d'efforts plus grands entre les dentures 13 et 14. Les ressortsde compression 4 peuvent être supprimés et les chambres cylindriques 2 prévues plus courtes d'autant si l'on fait en sorte que les pistons 3 soientr par leurs têtes engagées dans les logements d'appui 5 ? prisonniers de façon mobile sur le disque incliné 6, par exemple au moyen de rondelles de retenue annulaires disposées à l'arrière de leurs têtes Ceci permettrait de raccourcir davantage le moteur hydraulique. Il est évident que l'arbre de sortie 8 et la pièce interchangeable 10 pourraient être monobloc, à condition de renoncer à la possibilité de pouvoir changer de contre-denture 14. - REVENDICATIONS 1 Moteur hydraulique comportant a) des pistons disposés dans un barillet fixe en étant répartis autour d'un axe central de celui-ci, ces pistons pouvant Ltre déplacés en étant sollicités par un fluide sous pression commandé cycliquement, b) un disque incliné prenant appui en son centre et attaqué par les extrémités libres des pistons pour engendrer un mouvement de nuta- tion, c) un arbre de sortie situé dans le prolon- gement de l'axe du barillet et accouplé, par l'in- termédiaire de moyens d'entraînement, au disque incliné, de telle sorte que le mouvement de nuta- tion de ce disque se transforme en un mouvement de rotation de l'arbre de sortie, et d) un méca- nisme réducteur de vitesse, ce moteur hydraulique étant remarquable en ce que les moyens d'entrat- nement sont conçus en tant que réducteur de vi- tesse ( 13,14) qui transforme la fréquence du mou- vement de nutation du disque incliné ( 6) en une vitesse de rotation plus faible de l'arbre de sor- tie ( 8) et qui est constitué par une denture droite ( 13) sur la face du disque incliné ( 6) tournée vers l'arbre de sortie ( 8), disque qui est supporté de manière à pouvoir basculer de tous c 8 tés, et par une contre-denture ( 14) à nom- bre de dents différent prévue à l'extrémité de l'arbre de sortie ( 8) située c 8 té disque incliné, cette contre-denture étant en prise nutante avec la dite denture ( 13) du disque incliné ( 6). 2 Moteur hydraulique selon la revendication 1, remarquable en ce qu'entre le disque incliné ( 6) et le barillet ( 1) opèrent des moyens d'appui ( 13,15) qui transforment la fréquence du mouve- ment de nutation du disque incliné ( 6) en une rota- tion de ce disque plus lente dans le barillet ( 1), pouvant être nulle. -11 - 3 Moteur hydraulique selon la revendica- tion 2, remarquable en ce que les moyens d'appui ( 13,15) sont constitués par une denture ( 13) sur le disque incliné ( 6) avec laquelle une den- ture d'appui ( 15) solidaire du barillet ( 1) est en prise nutante. 4 Moteur hydraulique selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, remarquable en ce que la denture ( 13) du disque incliné ( 6) qui forme une partie des moyens d'appui ( 13,15) est en même temps la denture ( 13) qui forme une par- tie du réducteur de vitesse ( 13,14). Moteur hydraulique selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, remarquable en ce que la contre-denture ( 14) est formée sur une pièce interchangeable ( 10) solidaire en rota- tion de l'arbre de sortie ( 8) mais pouvant 9 tre détachée de ce dernier, et en ce que plusieurs pièces interchangeables de ce genre ayant des nom- bres de dents différents sont prévues. 6 Moteur hydraulique selon la revendication , remarquable en ce qu'il est muni d'une pièce interchangeable qui comporte une surface d'entrat- nement inclinée s'appliquant contre les arêtes fron- tales de la denture droite ( 13) du disque incliné ( 6) 7 Moteur hydraulique selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, dans lcquel est disposé un arbre de commande central qui est muni de parties distributrices de fluide sous presz-. sion aux pistons du moteur et qui tourne dans le barillet à la fréquence de nutation du disque incli- né avec lequel cet arbre est en prise, ce moteur étant remarquable en de qu'à l'arbre de comnmande ( 18) est relié un arbre de sortie secondaire ( 21).