Brevet FR2539459A1 — publié le 19840720

Il est connu que pour faire tourner un arbre au moyen de pistons hydrauliques il est intéressant de déplacer alternativement axialement des vis sans fin qui engrennent avec une roue tangente, chaque vis sans fin étant solidaire de pistons et les vis sans fin étant freinées alternativement en rotation pour les transformer en crémaillères. Dans les formes de réalisations connues, en particulier par le brevet français 1470685 les pistons font corps avec les vis crémaillères, ce qui exclue la possibilité d'avoir des joints d'étancheité classiques entre piston et cylindres, donc d'utiliser des pistons et cylindres de verins hydrauliques classiques, pistons et cylindres qui sont nettement moins onéreux à réaliser que des pistons et cylindres parfaitement ajustés de moteurs hydrauliques classiques.Dans les formes de réalisations connues, les réactions d'engrennement entre la roue tangente et les crémaillères formées par les vis sont reprises par frottement des pistons dans les cylindres, ce qui n'est favorable ni à l'usure ni au rendement mécanique de l'ensemble. L'objet de la présente invention est un moteur hydraulique utilisant le principe connu du déplacement axial alternatif avec freinage alternatif de deux vis crémaillères engrenant avec la même roue tangente mais avec des vis crémaillères qui ne sont pas solidaires des pistons; les vis crémaillères sont situées à l'intérieure d'un foureau ajouré, lui même solidaire des pistons des verins hydrauliques, les réactions de dentures étant reprises par des galets roulant sur le fourean ajouré précités le freinage en rotation des vis crémai- llères à l'intérieur des foureaux ajoures se faisant soit par compression des galets guideurs sur le foureau ajouré, soit par interposition d'un accouplement hydraulique entre chaque vis crémaillère et son foureau, soit par interposition d'un anti-dévireur entre chaque vis crémaillre et son foureau. Lorsque le freinage en rotation des vis crémaillère à l'intérieur des foureaux ajourés se fait par compression des galets guideurs sur le foureau ajouré, cette compression est réalisée de préférence par des ressorts mécaniques, la décompression étant obtenue hydrauliquement, ceci afin d'obtenir d'une part un freinage automatique du moteur des que la pression hydraulique est suprimée et d'autre part une mise en roue libre automatique du moteur si la pression hydraulique de décompression des galets- de serrage est appliquée en même temps pour l'ensemble des vis crémaillère d'un même moteur. Le freinage en rotation des vis crémaillère par compression des galets guideurs sur les foureaux permet par simple inversion de la pression dans les cylindres de décompression de chaque paire de vis crémaillère, d'inverser le sens de rotation au moteur.Le freinage en rotation par interposition d'embrayages hydrauliques ou d'ante dévireurs entre vis crémaillère et foureaux est plus simple que le freinage par compression des galets de guidage mais il ne permet pas d'inverser le sens de rotation du moteur d'un manière simple, le freinage en rotation des vis crémaillère par anti-dévireur est utilisable seulement pour les moteurs qui n'ont qu'un seul sens de rotation. Les Fig. 1 à 8 reprdsentent à titre indicatif et non limitatif des moteurs hydrauliques selon l'invention. La fige 1 est une coupe selon plan I,I de la fig.2.La fig.2 est une coupe selon plan 11,11 de la fig.l. La fiSt3 est une conte selon plans III,III et IVDTV de la fig.l. La fig.4 est une coupe shematique par l'axe d'un distributeur principal commandé par la valve pilote.La fig.5 est une coupe passant par le plan médian de la roue tangente avec représentation du shéma hydraulique d'un moteur ayant des anti-dévireurs interposés entre vis crémaillères et foureaux pour freiner en rotation les vis crémaillères. La fig.6 est une coupe parallele à l'axe de la roue tangente passant par l'axe d'une vis crémaillère du moteur selon fig.5. La fig.7 est une coupe par l'axe d'un piston avec anti-dévireur. La fig.8. est une coupe par l'axe d'un piston avec accouplement hydraulique interposé entre vis crémaillère et foureau. 1 et 2 sont les pistons solidaires du foureau ajouré 3 dans lequel se situe la vis 4; 5 & 6 sont les pistons solidaires du fouxeau ajouré 7 dans lequel se situe la vis 8. Les pistons 1,2,5 i 6 avec leurs joints classiques 9,10,11 & 12 coulissent dans les verins classiques 13,L,15 & 16 qui sont flasqués sur les demis carters 17 & 18. Les verins 13,1,15 & 16 sont respectivement alimentés par les tuyaux 19,20,21. & 22.La roue tangente 23 qui est clavetée sur l'arbre entrainé 24 tourillone en étant centrée dans le carter formé par les deux demis carters 17 & 18 ceci généralement par l'intermédiaire de roulements non représentés dans un but de simplification. Le foureau ajouré 3 est guidé par rapport à la roue tangente 23 à l'aide des galets 25,26,27,28, 29 & 30. Le foureau ajouré 7 est guidé par rapport à la roue tangente 23 à 1' aide des galets 31,32,33,34,35 & 36.Les galets 25,26 & 31,32 tourillonnent sur des axes qui sont respectivement solidaires des supports 37 & 8 eux meme solidaires des demis carters 17 & 18, ces galets 25326 & 31,32 sont réglés pour maintenir l'entraxe voulu entre la roue tangente 23 et les foureaux ajourés 3 & 7 dans lesquels les vis tangentes 4 & 8 sont ajustées avec un très léger jeu, correspondant généralement aux tolérances H7,g6 de la normalisation niternatio- nale. Grace à ces galets 25,26 & 31,32 les gros efforts d'écartement lors des déplacements axiaux des vis 4 ou 8,avec vis non tournante appuyées sur la face intérieure des pistons 1,2,5 ou 6, ne provoquent pas de gros éfforts de frottement dans le sens des déplacement axiaux des pistons; les éfforts parasites dans le sens des déplacements axiaux des pistons ne sont que des éfforts de roulement, donc des éfforts faibles, ce qui contribu au bon rendement du moteur. Les galets 27,28 & 29,30 tourillonnent sur des axes qui sont solidaires respectivement des supports 39 & 40. Ces galets 27,28 & 29,30 sont appuyés contre le foureau ajouré 3 de la vis 4 par les leviers 41 & 42 articulés sur les axes 43 et 44 solidaires du demis carter 17, les vis 45 & 46 limitent la course des leviers 41 & 42 par rapport au demi carter 17; la tige 47 et les rondelles r bellevilles 48 compriment les leviers 41 & 42 l'un vers l'autre, donc compriment les supports 39 & 40 avec les galets 27,28 & 29,30 contre le foureau ajouré 3, ceci freine la vis 4 dans le foureau ajouré 3 et l'empeche de tourner. Le feit que l'angle d'hélice des vis est simplement légèrement supérieur à l'angle de frottement, soit 9" environ, fait que l'éffort pour freiner les vis en rotation est relativement faible.Le verin 49, lorsqu'il est alimenté en huile sous pression, écarte les leviers 41,42 en écrasant les rondelles bellevilles 48, ceci jusqu'à ce que les leviers 41,42 viennent buter contre les vis 45,46;ceci rétabli la tolérance H7,g6 entre la vis 4 et le foureau ajouré 3, la vis 4 peut alors tourner librement dans le foureau ajouré 3.. Les galets 33,34- & 35,36 tourillonnent sur des axes qui sont solidaires respectivement des supports 50 et 51. Ces galets 33,34 & 35,36 sont appuyés contre le foureau ajoure 7 de la vis 8 par les leviers 52 & 53 articulés sur les axes 54 & 55 solidaires du.demi carter 18, les vis 56 & 57 limitent la course des leviers 52 & 53 par rapport au demi carter 18.La tige 5.8 et les rondelles bellevilles 59-compriment les leviers 52,53 l'un vers vautre, donc compriment les supports 50,51 avec les galets 33,34 et 35,36 contre le foureau ajouré 7, ceci freine la vis 8 dans le foureau ajpuré 7 et l'empêche de tourner.Le vérin 60, lorsqu'il est alimenté en huile sous pression, écarte les leviers 52,53 en écrasant les rondelles bellevilles 59, ceci jusqu'à ce que les leviers 52,53 viennent buter contre les vis 56,57; ceci rétabli la toléranceH7,g6 entre lavis 8 et le foureau ajouré 7, la vis 8 peut alors tourner librement dans le foureau ajouré 7, Les foureaux- ajourés 3 & 7 sont chacun un cylindre ayant un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre extérieur des pistons 1,2 & 5,6 qui sont respectivement vissés dans ces foureaux-ajourés à chacune de leurs extrémites. Les foureaux ajourés 3 et 7 ont chacun une lumière correspondant au passage de la roue tangente 23 ainsi que des fraisages longitudinaux 61,62 & 63,64 qui permettent de transformer en patins de frein les parties sur lesquelles les galets 27,28;29,30;33,34 & 35,36 roulent. A chacune des extrémités longitudinales de ces patins de frein, des traits de scie dans les plans perpendiculaires à l'axe des foureaux permettent d'augmenter l'éffet due patins de frein tout en conservant ces patins de frein solidaires des foureaux ajourés.Les tuyaux 20 et 21 sont réunis entre eux, le tuyau 19 et le tuyau 22 sont réunis à un distributeur commandé d'une manière connue par une valve pilote, cette valve pilote étant elle même commandée d'une manière connue par les microswitchs de fin de course 65 & 66 des pistons 1 & 6; il est évident que sans rien changer au caractère de l'invention, la commande de la valve pilote peut être réalisée mécaniquement en prenant comme référence de déplacement soit les pistons soit une partie quelconque des foureaux ajourés 3 ou 7. La valve pilote alterne dwune manière controlée et connue la pression et la décharge dans les orifices 67 & BR Lorsqutil n'y a pas de pression dans les verins 49 & 60, le moteur est freiné en rotation. Pour les applications pour lesquelles le couple résistant sur 1' arbre entrainé 24 peut être nul, la valve pilote ainsi que l'inverseur commandant les verins 49 & 60 ne sont pas reliés à la pompe principale par les piquages précités, mais à une petite pompewauxiliaire ayant un très faible débit, éventuellement avec interposition d'un accumulateur oléo-pneumatique. Les foureaux 3 & 7 ne peuvent pas tourner puisque la roue tangente 23 passe dans une lumière située dans ces foureaux, le bord de la lumière frotte sur le bord de la roue tangente, ceci est valable pour les très basses de déplacement axial des foureaux ajourés 3 & 7 ; si la vitesse est plus grande, il est alors préférable de prévoir une clavette entre les supports 37 & 38 et les foureaux ajourés 3 & 7, une rainure de clavette étant faite dans les foureaux ajourés 3 & 7 sur toute la longueur de la course axiale.- Il est aisé de voir que des moteurs hydrauliques à très fort couple et à très basse vitesse avec un très bon rendement mécanique et hydraulique peuvent etre réalisés selon l'invention. Pour des vitesses de rotation moyenne il est préférable d'avoir une valve pilote pour le distributeur et deux autres valves pilotes différentes pour les verins 49 & 60, ceci afin de pouvoir réduira l'éffet de pas à pas en décallant à chaque inversion les actions sur les distributeurs des verins 49 & 0. Sans rien changer au caractère de l'invention, il est possible de réaliser chaque galet guideur soit sous forme de diabolo épousant le cylindre formé par les foureaux ajourés, soit sous forme d'un groupe de deux ou trois galets cylindriques légèrement inclinés les uns.par rapport aux autres, roulant sur des plats réalisés sur les foureaux ajourés 3 & 7.Les fig. 5,6 & 7 représentent un moteur hydraulique selon l'invention réalisé pour un seul sens de rotation avac freinage alternatif en rotation des vis crémaillères par interposition d'anti-dévireurs entre vis crémaillères et foureaus, le shéma hydraulique de ce moteur est inclus dans la fig. 5; les tuyaux qui sont reliés à la pression de la pompe sont indiqués par P et ceux qui sont reliés à la décharge de la bâche sont indiqués par D. 108 & 109 sont les anti-dévireurs qui permettent de rendre les vis crémaillères 4 & 8 coaxialement solidaires en rotation des fou- reaux ajourés 3 d 7 lorsqu'il ya alternativement de la pression dans les canalisations 19 & 22.La pression dans le tuyau 22 déplace respectivement les pistons 6,5,2 & 6 1 vers la gauche, le tuyau 19 est alors à la décharge et 1' anti-dévireur 109 empêche la vis 8 de tourner. La valve pilote 85 met la pression dans le tuyau 87 dès que le piston 5 enfonce le poussoir 86 > ceci déplace le tiroir 88 vers la droite dans le distributeur 89, le tuyau 19 est alors à la pression et le tuyau 22 à la décharge, les pistons 1s2Z5 & 6 6 se déplacent alors vers la droite, l'antidévireur 108 empêchant la vis 4 de tourneur, le poussoir 86 revient d'une manière connue à sa position initiale et le tuyau 87 est remis à la décharge. Lorsque le piston 2 arrive contre le poussoir 90, la valve pilote 91 met la pression dans le tuyau 92 et le tiroir 88 est repoussé vers la gauche dans le distributeur 89.En même temps qu'il agit sur la valve pilote 91, le poussoir 90 ouvre la soupape 93 qui alimente en pression, par le tube 94, la soupape 95. La soupape 95 est fermée lorsque le piston 6 appui contre le poussoir 96. Si, à cause de fuites dans les cylindres 14 X 15, le piston 6 est décalé, dans son déplacement vers la droite par rapport au piston 2, la soupape 95 est ouverte en même temps que la soupape 93 et les fuites sont alors compensées par le tuyau 97 dans le tuyau de liaison 20,21. - Si le piston 6 n'a pas de décalage par rapport au piston 2 dans leurs déplacements vers la droite, la soupape 95 est fermée lorsque la soupape 93 est ouverte et il n'y a pas d' apport d'huile dans le tuyau 97.Il est aisé de voir que les fuites dans le volume constant formé par les cylindres 14 & 13 avec le tube de liaison 20,21 sont correctement compensées par le jeux des soupapes 93 & 95. Les poussoirs 90 & 96 reviennent d'une manière connue â leur position initiale des qu'ils ne sont plus enfoncés par les pistons 2 & 6, en conséquence le tuyau 92 est alors d la décharge et le tuyau 94 ne peut plus débiter d'huile Il est évident que sans rien changer au caractère de l'invention, les poussoirs 86D 90 & 96 peuvent être situés ailleur que sur les fonds des cylindres, par éxemple ils peuvent être commandés par des reliefs fixés sur des fraisages longitudinaux des foureaux ajourés 3 & 7.Sur la fig.6 il est visible que s par oposition à la fig. 3 > les supports de galets 39 & 40 sont directement solidaires du demi carter 17, il en est de même pour les supports 50 & 51 par rapport au demi carter 18. Le montage d'un anti-dévireur entre vis crémaillère et foureau ajouré est visible sur la fig.7. 108 est l'anti-dévireur dont la bague intérieure 110 est solidaire de la vis crémaillère 4 par la clavette 111 et la bague extérieure 112 est solidaire du foureau ajouré 3 par la clavette 113. C'est le piston 1 qui maintien axialement l'antidévireur 108 à l'aide du filetage 114. Le montage d' un accouplement à disques multiples entre vis crémaillère et foureau ajouré est visible sur la fig.8. 98 sont les cannelures intérieures usinées dans le foureau ajouré 3, l'un des jeus de disques est radialement solidaire de ces cannelures 98, l'autre jeux de disques est solidaire du moyeu 99, lui meme solidaire de la vis 4 par la clavette 100.Le piston 101 et le cylindre 102 sont à l'origine de l'effort axial voulu pour rendre, d'une manière connue, les deux jeux de disques solidaires l'un de l'autre lorsque les trous 83 & 103 introduisent de l'huile sous pression dans la chambre 104. La bague 105 avec. les joints toriques 106 & 07 permettent, en évitant des fuites, d'avoir la même pression hydraulique dans le cylindre 13 et dans la chambre 104. I1 est évident que sans rien changer au caractère de l'invention, les disques multiples peuvent être remplacés par une paire de disques crantés éloignés l'un de l'autre par des ressorts et enclanchés l'un dans l'autre par la pression hydraulique agissant contre les ressorts.Les différents exemples représentés sur les fig.l à 8 concernent des moteurs ayant une roue tangente et deux vis crémaillères, il est évident que s-ans rie changer au caractère de l'invention, un moteur peut être éxécuté en ayant une roue tangente suffisement grande pour pouvoir faire engrener avec elle plusieures paires de vis crémaillères, les vis crémaillères de chaque paire étant équipée. mécaniquement et hydrauliquement selon l'invention. I1 est également possible d'intégrer plusieurs roues tangentes et plusieurs 5 paires de vis crémaillères dans le même moteurs. I1 est également possible, pour faciliter ces combinaisons de vis crémaillères et de roues tangentes, de ne pas avoir un angle de 90" entre les axes des vis crémaillères et des roues tangentes mais par éxemple 60". REVENDICATIONS 1) Moteur hydraulique utilisant le principe connu du déplacement axial avec f freinage alternatif en rotation de deux vis sans fin (4,8) engrenant avec la même roue tangente (22) caractérisé en ce que les vis sans fin (*,8) sont centrées chacune dans un foureau (3,7) qui est solidaire des pistons (1,2,5,6), que les réactions de dentures sont reprises par des galets (25 > 26;31,32;27,25;29,30;33,34;;35,3u) roulant sur les foureaux (3,7! et que deux cylindres (14,15) sont réunis entre eux par une canalisation (40,21), les deux autres cylindres (13,16) ayant leurs canalisations (19,22) réunies à un distributeur commandé par des valves pilotes(85.,91), elles même commandées par la position des pistons (1,2,5,6) dans les cylindres (13,14, 15,16). 2) Moteur hydraulique selon-revendication 1 caractérisé en ce que le freinage de chaque vis crémaillère (4,8) à l'intérieur du foureau ajouré (3,7) se fait par compression des galets guideurs (27,78;29,30;33,34;35,36) contre le foureau ajouré (3,7). 3) Moteur hydraulique selon revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les galets guideurs (25;28;29,30;33,34; 35,36) sont comprimés contre les foureaux ajourés (3,7) par des ressorts (48,59) et que des verins (49,60) agissent contre les ressorts (48,59) pour permettre à. chaque vis crémaillère (4,8) -de tourner dans son foureau ajouré (3,7). 4) Moteur hydraulique selon revendication 1 caractérisé en ce que les pistons (1,6)deys cylindres (13,16)qui sont alternativement reliés à la pression et à la décharge, coopèrent à la fixation d'un anti-dévireur(108-,109). situé entre le foureau ajouré (3,7) et la vis crémaillère(4,8) cet anti-dévireur (108,109) permettant d'empêcher la vis crémaillère (4,8) de tourner par rapport au foureau ajouré (3,7), donc par rapport au piston (1,6), dès que la pression agit contre le piston (l,6) en lui donnant un déplacement axial. 5) Moteur hydraulique selon revendication 1, 2,3 ou 4 caractérisé en coque les pistons (2,5) situés à l'autre extrémité de chaque vis crémaillère (4,8) par rapport aux pistons (1,6) dont les cylindres (13,16) sont alternativement alimentés en huile sous pression) agissent par un moyen quelconque en fin de course sur des poussoirs (86,90) de valves pilotes (85,91) qui agissent alternativement sur le tiroir (88) d'un distributeur (8.9). 6) Moteur hydraulique selon revendication 1,2,3,4 ou 5 caractérisé. en ce que l'un des pistons (2) situé à l'autre extrémité d'une vis crémaillère (4) par rapport au piston (1) dont le cylindre (13) est alimenté alternativement en huile sous pression, agit par un moyen quelconque en fin de course du piston (2) sur une soupape (93) qui s'ouvre en fin de course du piston (2) pour laisser passer de l'huile sous pression vers une soupape (95) qui est fermée lorsque le piston (6) de l'autre vis crémaillère (8), piston (6) situé à l'extrémité correspondant au volume constant, agit par un moyen quelconque en fin de course du piston (6) sur cette soupape (95), ces deux soupapes (93,95) étant respectivement fermée et ouverte lorsque les pistons respectifs (2,tri) n'agissent pas sur les soupapes (93,95), la soupape (95) étant reliée par un tube (97) au tube de liaison (20,21) entre les deux cylindres (14,15) qui forment, avec le tube de liaison (90,21), le volume constant. 7) Moteur hydraulique selon revendication 1,5 ou 6. caractérisé en ce que les pistons des deux cylindres qui sont alternativement reliés à la pression et à la décharge, sont munis chacun d'un trou d'alimentation en huile et d'un accouplement hydraulique situé près du piston entre le foureau ajouré (3,7-) et la vis crémaillère (4,8) cet accouplement(81) permettant d'empècher la vis crémaillère (4,8) de tourner par rapport au foureau ajouré (3,7), donc par rapport au piston, dès que la pression agit contre le piston (1,6).