Brevet FR2570130A1 — publié le 19860314

Machine hydraulique A pistons radiaux La présente invention concerne une machine hydraulique à pistons radiaux dont la course est réglable en continu, comprenant un corps cylindrique rotatif disposé concentriquement autour d'un tou- rillon de commande, ledit corps cylindrique comportant des pistons qui sont conçus sous la forme de corps de révolution disposés symé- triquement sur sa périphérie et qui évoluent sur une came de commande mobile par rapport au corps cylindrique. Des machines a pistons radiaux dans lesquelles les pistons sont constitués par des billes, dont seule une ligne périphérique constitue une garniture d'étanchéité dans l'alésage cylindrique et qui évoluent sur une came de commande, sont connues. Pour modifier la course des pistons sur les machines hydrauliques a pistons radiaux, il est également connu de régler la came de commande, réalisée en général sur la face interne du carter de la machine, autour d'un axe parallèle au rotor, perpendiculairement au sens longitudinal du ro- tor, la came de commande pouvant être une véritable came circulaire. Pour utiliser des machines hydrauliques a pistons radiaux dans un dispositif d'entraînement hydrostatique pour véhicules, il est indispensable que de la machine hydraulique a pistons radiaux te- nant lieu de moteur puisse être réglée en continu. Il convient' en outre d'adopter une conception compacte et peu encombrante pour pouvoir utiliser une machine hydraulique A pistons radiaux de ce type comme moteur logé dans les roues motrices d'un véhicule. Les machines à pistons radiaux déjà connues, dont la course des pistons est régla- ble en continu, présentent un inconvénient, à savoir qu'elles sont d'une conception complexe qui se traduit par un encombrement relati- vement important lorsqu'elles sont puissantes et qui les rend néces- sairement plus fragiles. Les machines a pistons radiaux déjà connues, dans lesquelles les pistons sont constitués par des corps de révolu- tion en forme de billes, ne conviennent pas non plus pour l'utilisa- tion indiquée car, étant donné les valeurs de résistance et les modu- les d'élasticité correspondants des matériaux dans lesquels sont habituellement réalisés les pistons, la compression spécifique exer- 2 2570130 cée par le point d'appui des pistons sphériques n'autorise, indépen- damment de l'encombrement de la machine, que des pressions d'huile relativement faibles qui sont insuffisantes pour en permettre l'uti- lisation sur des dispositifs d'entratnement de véhicules. L'invention a pour but de fournir une machine hydraulique à pistons radiaux du type indiqué précédemment, possédant une structu- re relativement simple et une conception compacte et pouvant être ex- ploitée avec des pressions d'huile plus élevées que les machines con- nues 3 pistons radiaux munies de pistons conçus sous la forme de corps de révolution. Conformément à la présente invention, ce but est atteint au moyen d'une machine hydraulique a pistons radiaux du type indiqué précédemment, caractérisée en ce que les pistons conçus sous la for- me de corps de révolution reposent linéairement sur la came de com- mande par l'intermédiaire d'une zone cylindrique circulaire et sont disposés dans le corps cylindrique de manière que leur axe de révo- lution puisse basculer selon une zone angulaire relativement rédui- te, et en ce que la came de commande est réalisée, sous la forme d'une came tridimensionnelle symétrique, sur un anneau de commande mobile parallèlement à l'axe du corps cylindrique, de sorte que les zones de la came formant le point mort intérieur ainsi que le point mort extérieur des pistons varient dans le sens du réglage de l'an- neau de commande. En l'occurence, la came de commande peut avantageu- sement être réalisée sur la face intérieure d'un anneau de commande entourant concentriquement le corps cylindrique rotatif, ledit anneau de commande pouvant être déplacé dans le sens axial a l'encontre de la force exercée par des ressorts appliqués sur l'une de ses faces frontales. La machine hydraulique à pistons radiaux conforme à l'in- vention peut être réalisée sous une forme très compacte avec une fai- ble longueur de construction ainsi qu'avec un carter cylindrique de faible diamètre extérieur. En raison du contact linéaire des pistons en forme de corps de révolution qui présentent une zone centrale cy- lindrique circulaire, la machine à pistons radiaux admet des pres- sions spécifiques du liquide hydraulique plus élevées. Grace à la conception particulière de la came de commande qui est de préférence symétrique selon deux plans perpendiculaires l'un a l'autre et qui, lors de son déplacement axial, provoque simultanément une variation de l'emplacement des points morts intérieur et extérieur des pistons, la course de déplacement de l'anneau de commande supportant la came de commande est réduite, ce qui permet de raccourcir avantageusement la longueur de la machine à pistons radiaux. Dans la mesure o ils peuvent basculer légèrement a l'intérieur des cylindres, les pistons conservent en permanence leur appui linéaire sur la came de commande pendant le déplacement de cette dernière, sans pour autant que le mouvement de bascule s'effectuant selon une zone angulaire relative- ment réduite ne crée un insterstice de fuite d'huile notable entre les pistons et la paroi des cylindres. La configuration des pistons assure une étanchéité suffisante des chambres cylindriques, les deux extrémités de la partie centrale cylindrique circulaire des pistons conçus sous la forme de corps de révolution étant avantageusement terminées par des calottes sphériques et le diamètre des ouvertures cylindriques du corps cylindrique correspondant a une section axiale des pistons. Dans la machine hydraulique a pistons radiaux conforme à la présente invention, la conception symétrique de la came de commande assure un parfait équilibre des forces en présence, de sorte que les points d'appui de la machine peuvent être dimensionnês avantageuse- ment. En outre, la conception de la came de commande sous la forme d'une came tridimensionnelle symétrique permet de maintenir constants le débit d'alimentation ou le volume d'huile admis. Lorsque la machine hydraulique à pistons radiaux est utili- see comme moteur, il est possible d'obtenir un déplacement automati- que de la came de commande en fonction de la charge et donc d'adapter automatiquement la course des pistons à la charge du moteur. A cet effet, l'anneau de commande associ a la came de commande peut, con- formément à l'invention, Otre logé axialement coulissant et rotatif dans le carter et comporter, sur sa surface extérieure cylindrique circulaire, plusieurs rainures de guidage en forme d'hélice réguliê- rement réparties sur sa circonférence, dans chacune desquelles s'en- 4 2 2570130 gage un galet de guidage monté sur une goupille de guidage fixée sur le carter. Pour obtenir cet effet dans les deux sens de rotation, les rainures de guidage destinées à chacune des goupilles de guidage peu- vent s'étendre selon le même angle d'inclinaison aussi bien dans un sens périphérique que dans l'autre à partir d'un point initial. Le couple appliqué au rotor, lorsque celui-ci est en charge, s'exerce aussi nécessairement sur la came de commande sous la forme d'un cou- ple de réaction et, en raison de la disposition des rainures de gui- dage, il provoque le vissage axial de l'anneau de commande a l'encon- tre de la force exercée par les ressorts qui la commandent. A une rotation déterminée de l'anneau de commande supportant la came de commande correspond un déplacement axial équivalent dudit anneau et un déplacement des pistons de la position de course minimale vers la position de course maximale. Lorsque la machine a pistons est utili- sée comme pompe, la came de commande est conçue avantageusement de manière à assurer, en position finale et en position initiale, undé- bit nul, c'est-à-dire aucune course des pistons. Pour éviter une variation de la distribution lors de la ro- tation indiquée de l'anneau de commande quand la machine a pistons radiaux est utilisée comme moteur, le tourillon de commande peut, conformément à l'invention, être solidarisé en rotation audit anneau de commande. Dans un mode de réalisation avantageux, les ressorts qui sollicitent l'anneau de commande d'un seul côté peuvent être conçus sous la forme de ressorts de pression hélicoïdaux tendus entre le fond de trous borgnes pratiques sur une face avant de l'anneau de commande et une rondelle logée coaxialement rotative dans le carter et munie de goupilles s'engageant dans les ressorts de pression heli- coidaux et de talons d'entrainement sur lesquels reposent des seg- ments partant radialement du tourillon de commande monté flottant. Le tourillon de commande monté flottant dans le rotor du moteur n'est donc pas solidaire de l'anneau de commande. Pour la plupart, les res- sorts de pression sont loges dans les trous borgnes de l'anneau de commande dans lesquels s'engagent également les goupilles d'entrafne- ment qui pénètrent dans les ressorts de pression hélicotdaux. Ce mo- de de réalisation permet également de raccourcir la machine. Il n'est 2 5 2570130 prévu absolument aucun dispositif extérieur de déplacement de l'an- neau de commande et le carter de la machine peut s'ajuster directe- mnri sur l'anneau de commande dans le sens radial sur toute sa pé- riphérie, ce qui permet de réduire l'encombrement axial de la machi- ne. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la Fig. 1, une vue en coupe transversale centrale de la machine a pistons radiaux selon l'axe I - I de la Fig. 2; - la Fig. 2, une vue en coupe ouverte de la machine selon l'axe II - II de la Fig. 1; - les Figs. 3 et 4, une vue de côté et une vue de face d'un piston de la machine conçu sous la forme d'un corps de révolution; - la Fig. 5, une vue d'une des faces avant de l'anneau de commande de la machine; - la Fig. 6, une vue de l'autre face avant de l'anneau de commande; - la Fig. 7, une vue en coupe transversale de l'anneau de commande selon l'axe VII - VII de la Fig. 5; - la Fig. 8, une vue de l'anneau de commande ayant subi une rotation de 90 par rapport à la Fig. 5, en coupe partielle selon l'axe VIII - VIII de la Fig. 5; - la Fig. 9, une vue en coupe partielle de l'anneau de com- mande selon l'axe IX - IX de la Fig. 5. La machine hydraulique a pistons radiaux possède un carter cylindrique 10 qui, sur l'une de ses moitiés, comporte trois bombe- ments 1l répartis symétriquement à sa périphérie et pourvus de trous taraudés 12 parallèles a l'axe, dans lesquels s'engagent des vis per- mettant de fixer un couvercle 13 qui ferme le carter sur l'une de ses faces. L'autre face avant du carter 10 est fermée par une rondelle de montage 14 appliquée sur une bride extérieure 19 du rotor et munie d'une grande ouverture centrale 15 par laquelle sort un bout d'arbre de raccordement 16 du rotor de la machine. Les bords extérieurs de la 6 2570130 rondelle de montage 14 et de la bride extérieure 19 ainsi que La face intérieure opposée du carter comportent des rainures annulaires 17 conçues sous la forme de rainures de logement des billes 18 d'un rou- lement à quatre points au moyen lequel le rotor est logé sans jeu dans le carter 10. L'étanchéité du roulement à quatre points est assurée par des joints en matière plastique 20. La rondelle de monta- ge 14 sert par exemple à fixer un disque de frein d'une roue de véhi- cule lorsque la machine à pistons radiaux est utilisée comme moteur logé dans une roue. La partie principale cylindrique creuse du rotor constitue le corps cylindrique 21 dans lequel sont pratiquées six ouvertures débouchantes oblongues et cylindriques 22 reparties régulièrement à sa périphérie. Dans les ouvertures d4bouchantes cylindriques 22 sont logés des pistons 23 conçus sous la forme de corps de révolution, dont la section transversale est adaptée à celle des ouvertures dé- bouchantes cylindriques 22. Les Figs. 3 et 4 représentent un piston isolé 23. Il se compose d'une partie centrale cylindrique circulaire 23.1 dont les deux extrémités se terminent par des calottes sphéri- ques 23.2 et 23.3. Dans le mode de réalisation représenté, les calot- tes sphériques 23.2 et 23.3 sont des segments d'une bille dont le centre M se trouve au centre du piston 23. A l'intérieur du corps cylindrique creux 21 du rotor est monté sans jeu un manchon de répartition 24 comportant des ouvertures qui sont dirigées vers les ouvertures débouchantes cylindriques 22, dans lesquelles les pistons 23 peuvent s'engager et dont la sec- tion transversale est prévue pour empêcher que les pistons 23 conçus en forme de corps de révolution ne basculent dans le corps cylindri- que 21. La partie centrale cylindrique circulaire 23.1 des pistons 23 repose linéairement sur une came de commande 26 réalisée sur la face interne d'un anneau de commande 27 dont la surface extérieure cylindrique circulaire 28 s'adapte à l'intérieur du carter 10 par un ajustement coulissant et qui est représenté en détail aux Figs. 5 à 9. La Fig. 5 représente la face frontale avant 21.7 et la Fig. 6 la face frontale arrière 27.2 de l'anneau de commande 27. Les Figs. 7 à 7 2570130 9 représentent des coupes longitudinales de l'anneau de commande 27 en différents points de sa périphérie. Les coupes des Figs. 2-et 7 à 9 montrent que la came de commande 26 est rectiligne dans le sens d'appui de la partie centrale cylindrique circulaire 23.1 des pistons 23 conçus en forme de corps de révolution. Les Figs. 5 et 6 montrent les différentes lignes périphériques de la came de commande sur la face frontale avant 27.1 et la face frontale arrière 27-.2 de l'anneau de commande 27. La ligne périphérique de la came de commande 26 sur la face frontale avant 27.1 est désignée par le chiffre de référence 26.1 et sa ligne périphérique sur la face frontale arrière 27.2 de l'anneau de commande 27 est désignée par le chiffre de référence 26.2. La ligne périphérique 26.1 détermine la course minimale des pistons et la ligne périphérique 26.2. de la came de commande 26 leur course maximale possible. La came de commande 26 est donc conçue sous la forme d'une came tridimensionnelle de manière que le déplacement axial de l'anneau de commande 27 provoque un changement des zones de la came correspondant au point mort intérieur et au point mort ex- térieur des pistons. Les vues en coupe montrent que la came de com- mande 26 forme, a partir d'une position parallèle (Fig. 9), des posi- tions inclinées, variables a l'intérieur d'une zone angulaire relativement réduite, par rapport à l'axe longitudinal A du rotor et de l'anneau de commande 27 ainsi que des lignes d'appui elles aussi variables pour les pistons 23. Les pistons 23 peuvent donc effectuer un léger mouvement de bascule dans les cylindres qu'ils peuvent sui- vre sans réduction notable de l'étanchéité grace à leur configura- tion. Comme le montre la Fig. 5, la ligne péripherique 26.1 de la ca- me de commande 26, qui détermine la course minimale des pistons, pré- - sente une forme sensiblement circulaire et peut même avoir une forme parfaitement circulaire lorsque la machine est conçue de façon à réa- liser une alimentation nulle. La Fig. 6 montre que la ligne périphé- rique 26.2 déterminant la course maximale des pistons présente une forme nettement ovale. Ainsi le réglage global de la course des pis- tons peut être effectue par exemple de manière que, si la machine est réalisée sous la forme d'un moteur, la course maximale des pistons permette de refouler un volume double de celui obtenu avec la course 8 -2570130 minimale prédéterminée. La machine représentée sur la figure est prévue pour être utilisée comme moteur. Au moyen de ressorts de pression hélicoïdaux 29 représentés à la Fig. 2, l'anneau de commande 27 est sollicité vers une position initiale également représentée à la Fig. 2, dans laquelle la came de commande 26 amène, par la zone de sa ligne péri- phérique 26.1, les pistons à effectuer une course minimale. Des rai- nures de guidage hélicoXdales 30, dont l'une est représentée à la Fig. 8 o elle apparait sous la forme d'un V, sont prévues en trois points de la périphérie cylindrique extérieure 28 de l'anneau de com- mande 27. A partir de leur point de jonction 30.3, les deux parties de rainure 30.1 et 30.2 forment donc des spires évoluant en sens pé- riphérique opposé selon la même inclinaison. Un galet de guidage 32, qui est monté rotatif (Fig. 2) sur une goupille de guidage 31 fixée radialement à l'intérieur du carter 10, s'engage dans lesdites rainu- res de guidage 30 en forme de V. Lorsque l'anneau de commande 27 est dans la position initiale reprúsentée à la Fig. 2, le galet de guida- ge 32 se trouve au point de jonction 30.3 des rainures de guidage 30 representé à la Fig. 8. Les ressorts 29 sont loges, chacun dans un trou borgne 33 de l'anneau de commande 27 ouvert vers la face avant 27.1, dans;deux zones périphériques opposées de l'anneau de commande 27. Comme le montre la Fig. 5, sept trous borgnes 33 sont ainsi prévus dans chacu- ne des deux zones périphériques. Les ressorts cylindriques 29 pren- nent appui, d'un côté, sur le fond des trous borgnes 33 et, de l'au- tre, sur une rondelle 34 appliquée librement rotative sur le couver- cle 13. De cette rondelle 34 part au moins une goupille d'entratne- ment 35 qui passe dans le ressort cylindrique 29 et s'engage dans le trou borgne correspondant 33 de l'anneau de commande 27. Sur la ron- delle 34 sont également prévues des saillies d'entraînement 36 tra- versees par un axe radial ou segment 37 fixé sur le tourillon de commande central 38 de la machine, lequel s'engage librement flottant dans le manchon de répartition 24 par une ouverture centrale 39 pra- tiquée dans le couvercle 13 et comporte de manière connue des ouver- tures 40 qui sont dirigées vers les ouvertures 25 du manchon de ré- 9 2570130 partition et qui permettent l'admission et l'évacuation du liquide hydraulique en direction et en provenance des cylindres. Le déplacement axial de l'anneau de commande 27 à l'inté- rieur du carter 10 est nécessairement provoqué par un couple de réac- tion qui se manifeste sur l'anneau de commande 27 en raison du couple de charge du corps cylindrique appliqué au rotor. Sous l'effet du couple de réaction, l'anneau de commande 27, qui est guidé par les galets de guidage 32 évoluant dans les rainures 30, est pratiquement vissé à l'encontre de la force exercée par les ressorts cylindriques 29 de la Fig. 2 vers la droite en direction du couvercle 13 du carter , la came de commande 26 faisant augmenter constamment la course des pistons 23. La rotation consécutive de l'anneau de commande 27 est transmise à la rondelle 34 par au moins une goupille de guidage , puis au tourillon de commande 38 de la machine par l'axe radial 37. Le tourillon de commande 38 suit donc le mouvement de rotation de l'anneau de commande 27. Cependant, le déplacement axial de l'anneau de commande 27 peut aussi être obtenu d'une autre manière. 2570130 REVENDICATIONS 1. Machine hydraulique à pistons radiaux dont la course est réglable en continu, comprenant un corps cylindrique rotatif disposé concentriquement autour d'un tourillon de commande, ledit corps cy- lindrique comportant des pistons qui sont conçus sous la forme de corps de révolution disposes symétriquement sur sa périphérie et qui évoluent sur une came de commande mobile par rapport au corps cylin- drique, caractérisée en ce que les pistons (23) conçus sous la forme de corps de révolution reposent linéairement sur la came de commande (26) par l'intermédiaire d'une zone cylindrique circulaire (23.1) et sont disposes dans le corps cylindrique (21) de manière que leur axe de révolution puisse basculer selon une zone angulaire relativement réduite, et en ce que la came de commande (26) est conçue, sous la forme d'une came tridimensionnelle symétrique, sur un anneau de com- mande (27) mobile parallèlement a l'axe du corps cylindrique (21), de sorte que les zones de la came formant le point mort intérieur ainsi que le point mort extérieur des pistons (23) varient dans le sens du réglage de l'anneau de commande (27). 2. Machine hydraulique a pistons radiaux conforme A la re- vendication 1, caractérisée en ce que la came de commande (26) est réalisée sur la face intérieure d'un anneau de commande (27) entou- rant concentriquement le corps cylindrique rotatif (21), ledit anneau de commande (27) pouvant être déplacé dans le sens axial a l'encontre de la force exercée par des ressorts (29) appliqués sur l'une de ses faces frontales (27.1). 3. Machine hydraulique à pistons radiaux conforme à la re- vendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les deux extrémites de la partie centrale cylindrique circulaire (23.1) des pistons (23) con- çus sous la forme de corps de révolution sont avantageusement termi- nées par des calottes sphériques (23.2, 23.3), et en ce que le di- amètre des ouvertures cylindriques (22) du corps cylindrique (21) correspond a une section axiale des pistons (23). 4. Machine hydraulique a pistons radiaux conçue sous la 11h 2570130 forme d'un moteur hydraulique conforme A l'une quelconque des reven- dicacLons i a 3, caractérisée en ce que l'anneau de commande (27) as- socié a la came de commande (26) est loge axialement coulissant et rotatif dans le carter (10) et comporte, sur sa surface extérieure cylindrique circulaire (28), des rainures de guidage (30) en forme d'hélice régulièrement reparties sur sa circonférence, dans chacune desquelles s'engage un galet de guidage (32) monté sur une goupille de guidage (31) fixée sur le carter (30). 5. Machine hydraulique a pistons radiaux conforme a la re- vendication 4, caractérisée en ce que les rainures de guidage (30) destinées aux différentes goupilles de guidage (31) s'étendent selon le même angle d'inclinaison (parties de rainure 30.1, 30.2) aussi bien dans un sens périphérique que dans l'autre a partir d'un point initial (point de jonction 30.3). 6. Machine hydraulique a pistons radiaux conforme a l'une quelconque des revendications 1 A 6, caract4risée en ce que le tou- rillon de commande (38) est solidarisa en rotation audit anneau de commande (27). 7. Machine hydraulique A pistons radiaux conforme a l'une quelconque des revendication 1 a 6, caract4risée en ce que les res- sorts (29) qui sollicitent l'anneau de commande (27) d'un seul cOtd sont conçus sous la forme de ressorts de pression hélicoïdaux tendus entre le fond de trous borgnes (33) pratiqués sur une face avant (27.I) de l'anneau de commande (27) et une rondelle (34Y logée co- axialement rotative dans le carter (10) et munie d'au moins une gou- pille d'entraînement (35) s'engageant dans les ressorts de pression hélicoïdaux (29) et de talons d'entraînement (36) sur lesquels repo- se au moins un segment (37) partant radialement du tourillon de com- mande (38) monté flottant.