Brevet FR2588617A1 — publié le 19870417

La présente invention est relative à une machine ro- tativée à pistons et à barillet, d'un type en lui-même connu, pour des pompes, des moteurs hydrauliques ou des compresseurs. La machine comporte des pistons coulissant chacun dans l'un des alésages d'un barillet. Les alésages sont tous paral- lèles entre eux, et à l'axe géométrique central du barillet. Au dessous de celui-ci, un plateau incliné, tournant autour de l'axe géométrique du barillet, reçoit la poussée des pistons, par le moyen de la bielle dont chacun est pourvu. Il est connu, de disposer au centre du plateau oscil- lant incliné, un palier sphérique qui tourne librement autour d'une rotule fixe, cette dernière étant reliée directement à la face intérieure du barillet. La liaison est assurée en disposant la rotule fixe à l'extrémité d'un arbre dont l'extrémité opposée est encastrée dans le corps du barillet. On sait que cette dispo- sition présente l'avantage de centrer exactement le plateau oscil- lant tout en reportant directement vers le barillet, une partie des efforts de la poussée variable exercée sur ce plateau par les bielles des pistons. Par contre, la rotule fixe étant située en porte-à-faux à l'extrémité de son arbre de support, elle, est sou- mise, du fait de la variation de la poussée des pistons sur le plateau, et du fait de la rotation de ce dernier, à des efforts de fatigue alternée qui font travailler, l'arbre de la structure dans des conditions tout à fait défavorables. En particulier, le palier sphérique situé au centre du coussinet travaille à l'arrachement sur une seule face, ce qui donne lieu localement à l'apparition de pressions spécifiques élevées entratnant de micro-déformations lo- cales et une usure exagérément rapide des pièces. La présente invention a pour but d'éviter ces incon- vénients, en réalisant une machine rotative à barillet du type pr- cité, dont le palier sphérique central travaille dans des condi- tions pratiquement équilibrées de part et d'autre sur ces deux fa- ces. Une machine rotative à pistons et à barillet selon l'invention comprend un plateau de poussée incliné par rapport à son axe géométrique de rotation qui coïncide avec l'axe géométri- que du barillet, la partie centrale du plateau incliné comportant un palier sphérique qui tourne librement autour d'une rotule cen- trale fixe, solidaire d'un demi-arbre ancré directement dans la partie centrale du barillet, alors que celui-ci est relié par un carter périphérique rigide qui coiffe l'arrière de l'embiellage - derrière lequel il se referme, et elle est caractérisée en ce que la rotule sphérique centrale est par ailleurs solidaire d'un se- cond demiarbre rigide, situé à l'opposé du premier avec lequel il est aligné, ce second demi-arbre étant par son extrémité opposée, rigidement ancré sur la partie arrière du carter de la machine. Il est à noter que les deux demi-arbres décrits ci-dessus peuvent dans certains montages ne former qu'un seul arbre monobloc. Suivant une autre caractéristique dé l'invention, des moyens de précharge du palier sphérique sont disposés entre l'arrière du carter et l'extrémité correspondante du second demi- arbre qui y prend appui, Cette précharge de la rotule sphérique soumet celle-ci à des charges opposées à celles qu'elle subit du fait de la poussée des pistons sur le plateau. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité gauche du second demi-arbre est constituée par une ti- ge filetée qui traverse le fond du carter fixe, derrière lequel on y visse uh écrou de mise sous tension en vue de rigidifier parfai- tement le carter. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens de mise en précharge du palier sphérique sont constitués par l'utilisation d'une cale d'épaisseur, convenablement choisie, qu'in intercale entre un couvercle amovible et l'arrière du carter dont il constitue le fond en vue de comprimer une butée à rouleaux, Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens de précharge utilisée sont constitués par l'interposi- tion entre le fond fixe de l'arrière du carter et une butée à rou- leaux sur laquelle prend appui l'arrière du plateau oscillant in- cliné, d'un vérin hydraulique annulaire coaxial. Suivant une aut e caractéristique de l'invention, l'alimentation du vérin de précharge du palier sphérique est assu- rée en fluide sous pression, par une canalisation qui le relie à la pression de refoulement fournie par la machine dans le cas o Celle-ci est une-pompe. Suivant une autre caractéristique -de l'invention, le plateau oscillant incliné est réalisé par assemblage de deux plateaux superposés, ayant chacun un profil en coin, des moyens, étant prévus pour fixer l'un sur l'autre, de façon amovible, les deux demi-plateaux en coin dont l'orientation angulaire relative a été choisieen fonction de la course désirée pour les pistons de la machine à barillet. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limi- tatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'in- vention. Figure 1 est une vue en coupe axiale d'une pompe hy- draulique à barillet selon l'invention. Figure 2 est une vue analogue, montrait à grande échelle, le détail de l'embiellage dont les deux demi-plateaux in- clinés sont assemblés à la position qui confère aux pistons la course maxima. Figure 3 est une coupe analogue, les deux demi-pla- teaux étant assemblés, cette fois, à la position de course nulle. Figure 4 montre une variante o un vérin hydraulique annulaire équipe l'arrière du carter, pour la mise sous précon- trainte de tension du second demi-arbre supportant la rotule cen- trale. On a représenté sur les dessins, une machine tournan- te, par exemple une pompe, comportant un barillet fixe 1, dans lequel sont disposés des alésages 2 parallèles entre eux, et répar- tis autour de l'axe géométrique 3 de l'ensemble. Dans chaque alésa- ge 2, coulisse un piston 4, dont la bielle 5 prend appui, par un coussinet 6, sur un plateau incliné oscillant 7. Ce plateau porte, en son centre, un palier sphérique, constitué par deux demi-coquil- les avant 8 et arrière 9. Ce palier sphérique 8, 9, est engagé au- tour de la sphère d'une rotule fixe 10. Selon l'invention, la rotule fixe 10 est solidaire d'un premier demiarbre 11, et d'un second demi-arbre 12, entre lesquels elle se trouve. Les deux demi-arbres 11 et 12 sont alignés l'un avec l'autre, de part et d'autre de la rotule 10, tous deux centrés sur l'axe longitudinal 3 de la machine. Les deux demi-ar- bres 11 et 12 peuvent quelquefois ne former qu'un seul arbre rigi- de et monobloc. Le premier demi-arbre 11 est encastré dans la partie centrale du barillet 1. Le second demi-arbre 12 est solidaire de la partie arrière du carter fixe 13 de la machine. Plus particulièrement, le second demi-arbre 12 se prolonge vers l'arrière, par une tige filetée 14, qui traverse li- brement un orifice central 16 du couvercle arrière 15. Un écrou 17 vissé sur la tige filetée 14 à l'extérieur du couvercle 15 permet de fixer le second demi-arbre 12 en vue de rigidifier le carter 13. De même, on prévoit sur le premier demi-arbre 11, à proximité de la rotule 10, un épaulement 18 qui prend appui sur la face intérieure du barillet 1, alors qu'à l'avant de ce m8me barillet, le demi-arbre 11 se prolonge par une tige filetée19, sur laquelle on peut visser plus ou moins un écrou 20. La péri- phérie de cet écrou prenant appui sur la face avant du barillet 1, on comprend qu'en agissant sur l'écrou 20, on puisse reprendre sur la face avant du barillet les efforts de traction auxquels le pre- mier demi-arbre 11 sera, lui aussi, soumis. La partie centrale du demi-arbre 11 est disposée dans un alésage central 21 du barillet 1, o elle peut librement cou- lisser dans le sens longitudinal. La face avant de poussée du plateau 7 est perpendi- culaire à un axe géométrique 22 qui forme avec l'axe géométrique 3, un angle aigU 23. Ces deux axes géométriques 3 et 22 convergent vers le centre 50 de la rotule sphérique 10. Le plateau 7 tourne autour de l'axe géométrique 22 et, pour cela, sa face arrière prend appui par une butée à rouleaux coniques 24 sur un transmet-' teur de mouvement 25. Ce dernier prend à son tour appui par une butée à rouleaux 26, sur le couvercle arrière 15 du carter 13. Ce couvercle 15 est vissé sur le carter 13, avec interposition d'une cale d'épaisseur annulaire 27, dont l'épaisseur 28 peut-tre choi- sie à volonté, en fonction des précharges désirées. Le transmetteur de mouvement 25 est traversé, dans sa partie centrale, par un alésage longitudinal 29, à l'intérieur du- quel peut librement se déplacer le second demi-arbre 12. Sur sa périphérie, le transmetteur de mouvement 25 est équipé d'un pignon denté 30, centré sur l'axe gédmétrique 3. Ce pignon 30 engrène sur un pignon de commande 31, de plus petit diamètre, qui est situé latéralement dans le carter 13, solidaire d'un arbre de sortie tournant 32, disposé à l'extérieur. L'axe géométrique 33 de cet arbre de sortie 32 est parallèle à l'axe géométrique 3. Une masselote d'équilibrage 57 est fixée sur le pi- gnon 30 par des vis 58. Enfin, une biehlette latérale 34 est articulée par l'une de ses extrémités 35 (figure 5), dans un palier 38, solidai- re du plateau 7 qui est ainsi immobilisé en rotation. On comprend surl'embiellage ainsi représenté, et notamment la structure du transmetteur de mouvement 25, présen- tent l'avantage de permettle la mise en compression axiale des butées à rouleaux 24 et 26, grâce à la cale d'épaisseur 27 qui est compriméepar le couvercle arrière 15, lui-m8me fixé- sur le fond du carter 13, par des vis 39, et par l'écrou 17. En particulier, on étudie soigneusement l'épaisseur 28 de la cale 27, en vue d'ap- pliquer sur les butées 24 et 26, une précharge qui sera encaissée par la partie des demi-coussinets 8 et 9 eituée à gauche du plan diamétral transversal théorique 40 défini par la rotule sphérique 10. Cette précharge viendra donc soulager l'autre partie des demi- coussinets 8 et 9, qui est située à droite du plan théorique 40, et reçoit les efforts de poussée exercés par les pistons 4. Ainsi, on garantit tout autour de la calotte sphérique des demi-coussi- nets 8 et 9, une bonne répartition des pressions spécifiques qui apparaissent au cours du fonctionnement de la machine. Un choix judicieux sera par exemple, de calculer l'épaisseur 28 de la cale 27, de sorte nue les contraintes à droite et à gauche du plan transversal 40 induisent des pressions égales sur la calotte sphé- rique du palier central 8, 9. Si cette condition est réalisée, on dira que la machine comporte en son centre, une "butée flottante", étant donné qu'à cette position dréquilibre, la butée sphérique (palier 8, 9, sur la rotule 10) est en charge axiale nulle. Dans la variante de la figure 4, la précharge de com- pression axiale des butées 24, 26, s'effectue, non plus par l'in- termédiaire de la cale d'épaisseur 27 et du chapeau 15 (figure 1), mais en utilisant un chapeau de retenue 41, qui vient se fixer sur le carter 13, par les vis 39, mais à l'intérieur duquel peut cou- lisser un piston hydraulique annulaire 42. Ce dernier est pourvu de deux joints d'étanchéité annulaires, à savoir un joint inté- rieur coulissant 43 et un joint extérieur 44, également coulissant. L'espace moteur 45 qui reste situé entre le piston annulaire 42, et le fond du chapeau 41, reçoit, par une ouverture d'alimentation 46, un fluide hydraulique sous pression schématisé par la flèche 47. L'ensemble est calculé de façon que la course minima du vérin 41, 45, corresponde à un point de serrage mécanique minimum perma- nent sur la rotule de la butée 26. Cette variante permet de relier la pression d'utili- *sation de la pompe ou du compresseur que constitue la machine à barillet, à la pression exercée par l'espace 45 sur le piston 42. Un choix judicieux de la surface utile de ce piston 42 permettra de contrôler l'effort appliqué sur les butées 24 et 26, et donc sur le coussinet sphérique 8, 9, de manière à obtenir en perma- nence: - soit la condition précitée de "butée flottante" pour la rotule ; - soit tout rapport désiré entre les poussées exercées sur cette rotule 10 de part et d'autre du plan théorique 40. Dans la variante illustrée sur les figures 2 et 3, le transmetteur de mouvement 25 est réalisé sous la forme de deux demi-transmetteurs 48 et 49, chacun à profil en coin, Autrement dit, la face d'appui plane 51 suivant laauelle ils sont en con- - tact l'un avec l'autre, est perpendiculaire à un axe théorique 52 passant par le centre géométrique 50 de la rotule 10, cet axe 52 formant avec l'axe géométrique 3, un angle 53 égal à la moitié de l'angle 23 précité, et qui correspond à l'axe 22. Des vis 54, ré- gulièrement réparties en cercle autour de l'axe 52, permettent d'assembler les deux demi-transmetteurs 48 et 49. On comprend, qu'en choisissant leurs positions angu- laires relatives autour de l'axe 52, avant de les visser à l'aide des vis 54, on puisse définir la longueur de la course désormais imposée aux pistons 4, pour toute valeur intermédiaire entre: - la course maxima correspondant à la position illustrée sur la figure 2 (la zone la plus mince 55 du demi-transmetteur 49 est alors en appui sur la zone du demitransmetteur 48 qui est situé le plus en arrière le long de l'axe 3); - à la position de course nulle, obtenue par décalage de 180 par rapport à. la position de la figure 2, de façon à orienter la fa- ce avant 56 du plateau de poussée 7, perpendiculairemeht à l'axe géométrique longitudinal 3. - Dans une version plus élaborée on utilise un dispositif de con- tr8le continu, avec commande extérieure, de la position des deux demi-transmetteurs de mouvement 48 et 49. REVENDICATIONS 1- Machine rotative à pistons (4) et à barillet (1) comprenant un plateau de poussée (7) incliné par rapport à son axe géométrique de rotation (3) qui coincide avec l'axe géo:métrique du barillet (1), la partie centrale du plateau incliné (7) comportant un palier sphérique qui tourne librement autour d'une rotule cen- trale fixe (10) solidaire d'un premier demi-arbre (11) ancré di- rectement dans la partie centrale.u barillet (1), alois que celui- ci est relié à un carter périphérique rigide (13) qui coiffe l'ar- rière de l'embiellage derrière lequel il se referme, caractérisée en ce qué la.rotule centrale (10) est par ailleurs solidaire d'un second demiarbre rigide (12) situé à l'opposé du premier (11) avec lequel il est -ligné sur l'axe (3), ce second demi-arbre (12) étant par son extrémité opposée, rigidement ancré sur la partie arrière du carter (13) de la machine. 2- Miachine rotative suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que des moyens de précharge du palier sphérique sont disposés entre l'arrière du carter (13) et les butées à rouleaux 24 et 26 qui prennent appui sur le palier sphérique par l'inter- médiaire du transmetteur de mouvement 7. 3- Machine rotative suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que les deux demi- arbres 11 et 12 équipés respectivement des écrous 20 et 17 permet- tent la reprise des efforts de traction sur la face avant du ba- rillet 1 et donc contribuent à la parfaite rigidité du carter 13 pendant le fonctionnement de la machine. 4- Machine rotative suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de précharge de la butée sphérique sont constitués par l'utilisation d'une cale d'épaisseur (27) dont on choisit l'épaisseur (28) et qu'on intercale entre un couvercle amovible (15) et l'arrière du carter (13) en vue d'exercer une compression prédéterminée sur la butée à rouleaux 26. 5- MIachine rotative suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de précharge de la butée sphérique utilisés sont constitués par l'in- terposition entre le fond fixe de l'arrière du carter (13) et une butée à rouleaux (26), sur laquelle prend appui l'arrière du pla- teau rotatif incliné (7), d'un vérin hydraulique annulaire coaxial (41), (42). 6- Machine rotative suivant la revendication (5), caractérisée en ce l'alimentation du vérin de précontrainte (41), (42) est assurée en fluide sous pression (47) par une canalisa- tion (46) oui le relie à la pression de refoulement fournie par la machine, dans le cas o celle-ci est une pompe ou un compres- seur. 7- Machine rotative suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que le plateau rota- tif incliné (7) prend appui sur u# transmetteur de mouvement (25) réalisé par assemblage de deux demi-transmetteurs (48) et (49) superposés ayant chacun un profil en coin, des moyens étant pré- vus pour fixer l'un sur l'autre, de façon amovible, les deux demi- transmetteurs en coin (48) et (49) dont l'orientation angulaire relative a été choisie en fonction de la course désirée pour les pistons (4) de la machine à barillet, le réglage pouvant aller de la course maxima (Fig. 2) à la course nulle (Fig. 3). 8- Machine rotative suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes caractérisée en ce que le demi-arbre avant (11) traverse librement un alésage axial longitudinal (21) du barillet (1) sur la face inférieure duquel il prend appui par un épaulement (18), alors que son extrémité avant se termine par une tige filetée (19) sur laquelle est vissé un écrou (20) permet- tant de régler la charge de traction à laquelle le demi-arbre (11) est soumis quand l'écrou (20) est en appui sur la face avant du barillet (1). 9- Machine rotative suivant l'une quelconque des reve- ndications précédentes, caractérisée en ce que les deux demi-arbres (11) et (12) sont fabriqués séparément, puis assemblés. - Machine rotative suivant l'une quelconque des rev- endications 1 à 8, caractérisée en ce que les deux demi-arbres (11) et (12) sont fabriqués d'une seule pièce.