Brevet FR2660706A1 — publié le 19911011

La présente invention est relative à un dispositif actionné par un fluide sous pression pour engendrer un mouvement de rotation. A de nombreuses reprises, dans le passé, on a proposé des vérins rotatifs constitués, dans le principe, d'une enceinte cylindrique fermée, traversée par un arbre rotatif coaxial, l'espace entre les parois de l'enceinte et l'arbre étant divisé en deux chambres de volume variable au moyen de deux panneaux rectangulaires, limités sensiblement par deux rayons et une génératrice de la paroi interne de l'enceinte, et une génératrice de la paroi externe de l'arbre, l'un des panneaux étant solidaire de l'enceinte, et l'autre étant solidaire de l'arbre. Cette solution simple ne s'est toutefois pas développée, semble-t-il à cause de la difficulté d'obtenir des joints d'étanchéité efficaces. Actuellement, pour obtenir un mouvement de rotation, on utilise le plus souvent un vérin qui fait tourner une pièce rotative à l'aide d'une tringlerie articulée sur la tige du vérin. Cette solution a pour désavantage qu'elle ne permet, en principe, que des rotations d'un angle inférieur à 1800 environ, et suivant une cinématique qui ne permet que difficilement d'obtenir des vitesses angulaires constantes. On connaît par ailleurs d'autres moyens pour transformer un mouvement alternatif rectiligne en un mouvement circulaire, également alternatif. Par exemple, il est connu d'obtenir un mouvement de rotation par déplacement d'une tige pourvue d'une nervure hélicoïdale à grand pas dans une pièce femelle de forme adaptée. Un déplacement longitudinal de la tige entraîne une rotation relative de la pièce femelle. Rien ne s'oppose à ce que la tige à nervure hélicoïdale soit montée au bout d'une tige de vérin. On aboutit ainsi à une disposition efficace, mais encombrante et compliquée à cause de la présence des moyens nécessaires pour empêcher la tige de tourner sur elle-même. La présente invention a pour but de fournir un dispositif qui fonctionne suivant le principe qu'on vient d'exposer, mais qui soit d'encombrement beaucoup plus limité. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un dispositif actionné par un fluide sous pression pour engendrer un mouvement de rotation, comprenant - une enceinte cylindrique pourvue à chacune de ses extrémités d'une paroi étanche et d'une entrée et d'une sortie pour le fluide, - un piston susceptible d'un mouvement rectiligne à va-et-vient dans l'enceinte sous l'effet de la pression du fluide, et - des moyens pour transformer ledit mouvement du piston en un mouvement de rotation, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent - au moins une tige de guidage formée en une hélice, incluse dans une surface cylindrique coaxiale à l'enceinte, et dont les extrémités sont fixées sur les extrémités de l'enceinte, et qui traverse le piston, - un arbre coaxial à l'enceinte, monté à rotation sur les parois d'extrémité de l'enceinte, cet arbre présentant au moins une nervure ou rainure longitudinale et traversant le piston par un passage de forme adaptée, qui empêche une rotation relative de l'arbre et du piston. Grâce à la disposition selon l'invention, le mouvement alternatif rectiligne du piston est transformé par le piston lui-même en mouvement de rotation de l'arbre central. On obtient donc une structure extrêmement courte, et dont la longueur n'excède pas celle de l'enceinte cylindrique. Suivant deux modes de réalisation intéressants, et qui peuvent être employés simultanément - le piston est pourvu d'une rotule sphérique, maintenu dans une cavité débouchant sur les deux faces du piston, cette cavité étant pourvue d'un alésage, dans lequel peut coulisser la tige de guidage, - les parois d'extrémité de l'enceinte cylindrique présentent une cavité débouchant à l'intérieur de ladite enceinte, et dans laquelle est maintenue une rotule sphérique solidaire de l'extrémité de la tige de guidage. Grâce à ces modalités, les fléchissements éventuels de la tige de guidage, laquelle a pour fonction de transmettre aux parois de l'enceinte les couples engendrés par la rotation de l'arbre, ne gênent pas le fonctionnement de l'appareil. Suivant une modalité intéressante, l'arbre est cannelé sur toute sa longueur, et traverse sans étanchéité les parois d'extrémité, et des platines, fixées sans rotation possible sur les extrémités de l'arbre, comportent une partie cylindrique qui coopère avec une partie cylindrique coaxiale portée par la paroi d'extrémité correspondante pour constituer un paliersupport pour l'arbre, ce palier-support étant pourvu d'un joint d'étanchéité. On résout ainsi, de façon simple, le problème de la traversée des parois par un arbre rotatif à section non circulaire. L'invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique, non limitatif, illustré à l'aide des dessins, parmi lesquels Figure 1 est une vue en perspective schématique montrant le principe de l'invention, Figure 2 est une coupe du dispositif selon un plan axial, Figure 3 est une coupe axiale selon la ligne III-III de la figure 2, Figure 4 est une coupe partielle selon la ligne IV IV de la figure 2. Le dispositif dont le principe est donné à la figure 1 comprend une enceinte cylindrique 1, fermée à ses extrémités par deux parois étanches 2, 3, et à l'intérieur de laquelle est fixé un arbre rotatif 4, qui est cannelé à l'intérieur de l'enceinte. Une partie de l'arbre 4 fait saillie à l'extérieur d'une des parois 2, 3, ou des deux, pour entraîner en rotation un objet situé à l'extérieur de l'enceinte. Un piston 5 peut coulisser à l'intérieur de l'enceinte, sans pouvoir tourner par rapport à l'arbre 4. Des tiges de guidage 6, dont une seule est représentée, forment chacune une hélice tracée sur un cylindre d'axe parallèle à celui de l'enceinte 1, et sont fixées aux deux extrémités 2 et 3, dans des emplacements 7 prévus à cet usage. La figure montre qu'il est prévu des emplacements correspondant à huit tiges de guidage. Il est clair que ce nombre n'est pas impératif. En revanche, il est préférable qu'il y ait plusieurs tiges de guidage disposées de façon à être également réparties angulairement à l'intérieur de l'enceinte. Les tiges de guidage traversent le piston 5 par des passages appropriés 8. Il est facile de comprendre que si le piston se déplace dans un sens ou dans l'autre sous l'action d'un fluide, il se déplace tout en tournant autour de l'axe sous l'effet des tiges de guidage 6. Cela entraîne une rotation relative de l'arbre 4 par rapport à l'enceinte 1. Sur la figure, la disposition de la tige de guidage 6 est telle que le déplacement du piston d'une extrémité à l'autre de sa course entraîne une rotation relative de 1800. Il est cependant clair qu'on peut obtenir une rotation d'un angle différent, qui peut atteindre et dépasser un ou plusieurs tours complets sans aucune difficulté. On peut aussi agir sur la vitesse de rotation en adoptant une hélice dont le pas n'est pas uniforme. On peut même obtenir l'inversion du sens de rotation par inversion progressive du sens du pas de l'hélice au fur et à mesure de la course du piston. A la figure 2, on retrouve les éléments décrits à la figure 1. L'enceinte cylindrique 1 est fixée sur les parois d'extrémités 2, 3 par des vis longitudinales 10. L'arbre 4 est cannelé sur toute sa longueur et traverse les parois d'extrémité 2 et 3 sans étanchéité. Des platines 11, identiques, sont fixées aux deux extrémités de l'arbre 4 par des vis axiales 12. Chaque platine comporte d'une part un flasque 13, pourvu d'alésages 14, pour l'entraînement d'un organe qu'on désire faire tourner. Chaque platine 11 comporte également un prolongement cylindrique 15, qui tourne dans un prolongement cylindrique creux 16 de la paroi d'extrémité 2 ou 3. Le prolongement 16 constitue un palier pour la rotation de l'arbre 4. Un joint 17 assure l'étanchéité. Le prolongement 15 de la platine comporte lui-même un évidement axial 18, pourvu de cannelures internes, qui coopèrent avec les cannelures de l'extrémité correspondante de l'arbre 4. Un joint d'étanchéité 19 s'oppose à toute fuite de fluide par l'intermédiaire de la vis 12.On peut donc entraîner en rotation un organe quelconque par l'une ou l'autre des extrémités de l'arbre 4. On a représenté à la figure 2 des parties de trois tiges de guidage 6A, 6B, 6C. La partie représentée de la tige de guidage 6A est celle qui coopère, dans le plan de la figure, avec la paroi d'extrémité 2, la partie représentée de la tige de guidage 6B est la partie qui coopère, également dans le plan de la figure avec le piston 5, et la partie de la tige 6C représentée est celle qui, dans le plan de la figure, coopère avec la paroi d'extrémité 3. Les extrémités de tige de guidage 6A, 6C sont emmanchées à force dans une pièce sphérique 20, qui tourne, à la façon d'une rotule, dans une cavité respective 7, qui comprend une partie cylindrique et une partie hémisphérique, de rayon adapté à celui de la pièce 20. Le piston 5 est formé de deux parties 21, 22 assemblées selon un plan sensiblement médian, perpendiculaire à l'axe. Les deux parties 21, 22 délimitent entre elles des cavités 23, de forme sphérique, qui débouchent sur chacune des faces du piston par un passage axial 24, de diamètre plus petit que celui de la cavité sphérique 23, mais largement supérieur à celui de la tige de guidage 6B qui les traverse. A l'intérieur de la cavité sphérique 23 se trouve une rotule 25, qui peut tourner librement, mais sans jeu excessif dans la cavité 23, et qui est percée d'un alésage 26, dans lequel peut coulisser la tige de guidage 6B.Des joints 27 et 28 assurent l'étanchéité au fluide, d'une part, entre la tige de guidage 6B et la rotule 25 et, d'autre part, entre la même rotule 25 et la paroi de la cavité sphérique 23 Le piston est pourvu encore d'un joint 30 pour assurer l'étanchéité entre ledit piston et la paroi intérieure de l'enceinte 1, et d'un joint 31, de forme spéciale, qui assure l'étanchéité le long de la tige cannelée 4. On comprendra que le joint 31 comporte une ouverture centrale de forme étoilée. Les autres joints d'étanchéité 17, 19, 27, 28, 30 sont avantageusement des joints toriques courants. On comprendra également que lorsqu'une différence de pression de fluide est créée entre les deux faces du piston, celui-ci se déplace axialement. L'action des tiges de guidage 6 entraîne un mouvement de rotation du piston autour de l'axe. Les cannelures de l'arbre font que celuici est entraîné en rotation par le piston et entraîne luimême en rotation les platines 11 par rapport à l'enceinte cylindrique 1, qui est solidaire des parois d'extrémités 2, 3 et des tiges de guidage 6. Le vérin est par ailleurs pourvu de moyens de freinage et de blocage réglables, qu'on va maintenant décrire. Chacune des parois d'extrémités 2, 3 est pourvue de deux orifices distincts d'admission ou de décharge de fluide : un premier alésage 35 dirigé axialement débouche à l'intérieur de l'enceinte 1, un deuxième alésage 36 est dirigé radialement et débouche dans une cavité 37, cylindrique et dirigée axialement, de la paroi d'extrémité 2, 3. Chacun des deux alésages 35, 36 est pourvu d'un étranglement réglable 38, 39. Chacune des faces du piston est pourvu d'un saillant 40, de forme cylindrique, adaptée pour coulisser à l'intérieur de la cavité 37, et pourvue d'un joint 41, avantageusement torique, destiné à assurer l'étanchéité avec la paroi intérieure de ladite cavité. Lorsque le piston est dans la partie centrale de sa course, sa vitesse est définie par les différents étranglements 37, 38 situés du côté admission ou du côté échappement. En revanche, lorsque le piston arrive en fin de course, il est freiné par le fluide contenu dans la cavité, qui ne peut plus s'échapper que par l'étranglement 38, qui peut être réglé avec une fermeture suffisante pour ralentir considérablement le mouvement. En outre, le joint 41 vient à ce moment là à être disposé en série avec le joint spécial 31, et, même si ce joint n'était pas parfaitement étanche, le piston pourra rester bloqué dans la position d'extrémité correspondante si le conduit 36 est fermé. On n'a pas représenté les moyens d'obturation du conduit 36, qui sont bien connus. Sur la figure, les étranglements réglables 38, 39 sont représentés à l'intérieur des conduits correspondants, dans la paroi d'extrémité. Il est clair que cette disposition n'est pas obligatoire. REVENDICATIONS 1. Dispositif actionné par un fluide sous pression pour engendrer un mouvement de rotation, comprenant - une enceinte cylindrique (1) pourvue à chacune de ses extrémités d'une paroi étanche (2, 3) et d'une entrée et d'une sortie pour le fluide, - un piston (5) susceptible d'un mouvement rectiligne à va-et-vient dans l'enceinte sous l'effet de la pression du fluide, et - des moyens pour transformer ledit mouvement du piston en un mouvement de rotation, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent - au moins une tige de guidage (6) formée en une hélice, incluse dans une surface cylindrique coaxiale à l'enceinte, et dont les extrémités sont fixées sur les extrémités de l'enceinte, et qui traverse le piston, - un arbre (4) coaxial à l'enceinte, monté à rotation sur les parois d'extrémité (2, 3) de l'enceinte, cet arbre présentant au moins une nervure ou rainure longitudinale et traversant le piston par un passage de forme adaptée, qui empêche une rotation relative de l'arbre et du piston. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston est pourvu d'une rotule sphérique (25), maintenue dans une cavité (23) débouchant sur les deux faces du piston et percée d'un alésage (26) dans lequel peut coulisser la tige de guidage (6). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston (5) est en deux parties (21, 22) assemblées suivant un plan radial, et qui délimitent entre elles la cavité (23) qui contient la rotule (25). 4. Dispositif selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que les parois d'extrémité (2, 3) de l'enceinte cylindrique présentent une cavité (7) débouchant à l'intérieur de l'enceinte, et dans laquelle est maintenue une rotule sphérique (20) solidaire de l'extrémité de la tige de guidage (6). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'arbre (4) est cannelé sur toute sa longueur, et traverse sans étanchéité les parois d'extrémité (2, 3) et en ce que des platines (11), fixées sans rotation possible sur les extrémités de 1 ' arbre, comportent une partie cylindrique (15) qui coopère avec une partie cylindrique coaxiale portée par la paroi d'extrémité correspondante (2, 3) pour constituer un palier-support pour l'arbre, ce palier-support étant pourvu d'un joint d'étanchéité. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le piston porte un saillant (40) dirigé axialement et capable de coulisser avec étanchéité dans une cavité axiale (32) d'une paroi d'extrémité, qui est reliée à l'extérieur du piston par un conduit (35) pourvu d'un étranglement (39), afin de constituer un moyen de freinage en fin de course du piston.