Brevet FR2782128A1 — publié le 20000211

La présente invention concerne un compresseur de type à spirales pour comprimer et décharger un réfrigérant aspiré en effectuant un mouvement de révolution au moyen de l'un d'une paire d'éléments de spirales ou de tourbillonne- ment disposés l'un en face de l'autre, tout en empêchant la rotation de l'un des éléments de spirales sur son axe, par rapport à l'autre élément, grâce à un mécanisme anti-rotation constitué essentiellement par un accouplement à billes. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un mécanisme anti- rotation utilisé pour supporter un mécanisme d'entraînement tel qu'un compresseur à spirales et analogue. Plus particu- lièrement, la présente invention concerne un accouplement à 1S billes servant de mécanisme anti-rotation pour améliorer ses propriétés de montage lorsqu'il est monté sur un élément de structure. 2. Description de la technologie concernée Conventionnellement, les compresseurs de type à spirales comprennent une paire d'éléments de spirales qui viennent l'un en face de l'autre et effectuent un mouvement de révolution dans lequel on empêche la rotation de l'un des éléments de spirales autour de son axe propre, par rapport à l'autre. L'un de la paire d'éléments de spirales est un élé- ment de tourbillonnement fixe fixé à un carter ou analogue, et l'autre est un élément de tourbillonnement mobile entraîné par un mécanisme d'entraînement tandis que sa rotation autour de son axe propre est empêchée par un mécanisme anti- rotation. Le mécanisme anti-rotation des compresseurs de type à spirales conventionnels est disposé du côté (surface arrière) de l'élément de tourbillonnement mobile qui est op- posé à son côté venant en face de l'élément de tourbillonne- ment fixe, de manière à empêcher la rotation de l'élément de tourbillonnement mobile autour de son axe. L'élément de tour- billonnement mobile effectue un mouvement circulaire relatif en confrontation avec l'élément de tourbillonnement fixe. Le mécanisme anti-rotation conventionnel est com- posé d'un accouplement à billes et d'une paire d'anneaux, tandis qu'une paire de bagues de butée sont réalisées sous la forme d'éléments séparés. Les deux anneaux reçoivent des billes de butée 71 entre eux, et les bagues de butée sont disposées à l'extérieur des anneaux. L'un des anneaux est fixé par une broche à la paroi intérieure d'un carter avant, solidairement de l'une des bagues de butée, tandis que l'au- tre des anneaux est fixé par une broche à la surface arrière de l'élément de spirale mobile, solidairement de l'autre des bagues de butée. Cependant, les bagues de butée utilisées comme composants de l'accouplement à billes du compresseur de type à spirales conventionnel présentent l'inconvénient d'être progressivement déformées du fait qu'elles sont soumises à la charge de poussée de l'élément de spirale mobile par l'inter- médiaire des billes de butée lorsqu'on fait fonctionner le compresseur. Chacune des bagues de butée selon l'art antérieur est constituée d'un élément de feuille d'acier annulaire ayant une section transversale rectangulaire. Conventionnel- lement, la bague de butée est soumise à un traitement thermi- que pour augmenter sa résistance. Cependant, l'intérieur de l'élément de feuille de chemin de roulement de la bague de butée reste en phase d'austénite résiduelle telle qu'initia- lement, tandis que la phase de surface de l'élément de feuille de chemin de roulement est transformée en martensite. Par suite, le compresseur de type à spirales pré- sente l'inconvénient que, lorsqu'on le fait fonctionner, le volume de la phase d'austénite restant dans la partie cen- trale de la bague de butée est dilaté lorsque la phase d'aus- ténite est transformée en phase de martensite, ce qui déforme la bague de butée. Résumé de l'invention La présente invention a pour but de créer un ac- couplement à billes capable d'améliorer la durabilité de pro- duits tels qu'un compresseur de type à spirales et analogue utilisant un accouplement à billes comme mécanisme anti- rotation lorsqu'on le fait fonctionner. Un autre but de la présente invention est de créer un compresseur de type à spirales qui présente une lon- gue durée de vie en service et qui utilise le mécanisme anti- rotation présentant une durabilité améliorée. A cet effet, selon un aspect de la présente in- vention, on crée un compresseur de type à spirales pour com- primer et décharger un réfrigérant aspiré en effectuant un mouvement de révolution au moyen de l'un d'une paire d'élé- ments de spirales ou de tourbillonnement disposés l'un en face de l'autre, tout en empêchant la rotation de l'un des éléments de spirales sur son axe, par rapport à l'autre élé- ment. Dans le compresseur de type à spirales, le mécanisme anti-rotation est constitué essentiellement par un accouple- ment à billes. L'accouplement à billes comprend: une pre- mière section de chemin de roulement annulaire comportant une surface de transfert de bille de butée formée sur une surface de celle-ci, une seconde section de chemin de roulement annu- laire comportant une surface de transfert de bille de butée formée sur l'une de ses surfaces et venant en face de la sur- face correspondante de la première section de chemin de rou- lement; et un certain nombre de billes de butée interposées entre les première et seconde sections de chemin de roule- ment. Dans le mécanisme anti-rotation l'une au moins des pre- mière et seconde sections de chemin de roulement présente une forme de section transversale telle que la partie centrale de son autre surface venant en face de la première surface, soit creusée. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - l'une au moins des première et seconde sections de chemin de roulement est réalisée en acier, - la section de chemin de roulement en acier de l'une au moins des première et seconde sections de chemin de roule- ment, comprend essentiellement une phase de martensite formée par traitement thermique, - la forme de section transversale présente une partie creu- sée, ayant une forme choisie dans le groupe comprenant une forme carrée, une forme semi-circulaire et une forme de courbe libre. Selon un autre aspect de la présente invention, on crée un mécanisme anti-rotation consistant essentiellement en un accouplement à billes. L'accouplement à billes comprend une première section de chemin de roulement annulaire compor- tant une surface de transfert de bille de butée formée sur l'une de ses surfaces, une seconde section de chemin de rou- lement annulaire comportant une surface de transfert de bille de butée formée sur l'une de ses surfaces et venant en face de la surface correspondante de la première section de chemin de roulement, et un certain nombre de billes de butée inter- posées entre les première et seconde sections de chemin de roulement. Dans le mécanisme anti-rotation, l'une au moins des première et seconde sections de chemin de roulement pré- sente une forme de section transversale telle que la partie centrale de son autre surface venant en face de la première surface, est creusée. Suivant d'autres caractéristiques encore de l'in- vention: - une au moins des première et seconde sections de chemin de roulement est réalisée en acier, - la section de chemin de roulement en acier de l'une au moins des première et seconde sections de chemin de roule- ment, comprend essentiellement une phase de martensite formée par traitement thermique, - la forme de section transversale comporte une partie creu- sée ayant une forme choisie dans le groupe comprenant une forme carrée, une forme semi-circulaire et une forme de courbe libre. Brève description des dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation re- présentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un compresseur de type à spirales conventionnel; - la figure 2 est une vue d'ensemble en perspective, écla- tée, d'un accouplement à billes selon la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe de la bague de butée de l'accouplement à billes de la figure 2; S - la figure 4 est une vue d'ensemble en perspective, écla- tée, d'un accouplement à billes selon un mode de réalisa- tion de la présente invention; et - la figure 5 est une vue en coupe de la bague de butée de l'accouplement à billes de la figure 4. Description du mode de réalisation préférentiel Avant de décrire un mode de réalisation selon la présente invention, on décrira tout d'abord, en se référant aux figures 1 à 3, un compresseur de type à spirales conven- tionnel ainsi qu'un mécanisme anti-rotation utilisé dans ce- lui-ci, pour permettre une meilleure compréhension de l'invention. A la figure 1, un compresseur de type à spirales 7 comprend un boîtier 9 constituant une coque munie d'une ou- verture à l'une de ses extrémités, un carter avant 11 disposé à l'endroit de l'ouverture située à la première extrémité du boîtier 9, et un vilebrequin 15 passant à travers une partie en saillie 13 du carter avant 11. Une chambre de manivelle 17 définie et formée par le boîtier 9 et le carter avant 11, contient un élément de tourbillonnement fixe 19 fixé au boî- tier 9, et un élément de tourbillonnement mobile 21. L'élé- ment de tourbillonnement mobile 21 est disposé de manière à venir en face de l'élément de tourbillonnement fixe 19, et effectue un mouvement de révolution relatif autour de l'axe de l'élément de tourbillonnement fixe 19. L'élément de tourbillonnement mobile 21 comprend une plaque latérale 23, un élément de tourbillonnement 25 disposé sur une surface de la plaque latérale 23, et une par- tie de bossage 27 formée de manière à faire saillie sur l'au- tre surface de la plaque latérale 23. La partie de bossage 27 contient un coussinet excentrique 29. Le coussinet excentri- que 29 est percé d'un trou traversant 31 formé dans une posi- tion excentrique de celui-ci, tandis que sa périphérie est supportée en rotation par un palier 33. Le vilebrequin 15 comporte une section de grand diamètre formée à une extrémité de la chambre de manivelle 17, et un tourillon de manivelle 37 est disposé du côté de la section de grand diamètre 35 qui est opposé au vilebrequin 15, dans une position excentrique par rapport à l'axe de ce vilebrequin 15. Le tourillon de manivelle 37 est introduit dans le trou traversant 31 du coussinet excentrique 29. Le vile- brequin 15, dans la parte en saillie 13, est supporté par un palier 39 et comporte un élément de joint d'étanchéité 41 disposé autour de celui- ci. La section de grand diamètre du vilebrequin 15 est supportée par le carter avant 11 par l'in- termédiaire d'un palier 43. On remarquera que le compresseur de type à spirales 7 comprend un contrepoids d'équilibrage 45 pour maintenir l'équilibrage entre l'élément de tourbillonne- ment mobile 21 et l'arbre. Un embrayage électromagnétique 47 est disposé au- tour de la partie en saillie 13 du carter avant 11. L'em- brayage électromagnétique 47 comprend un rotor creux annulaire 51 disposé autour de la partie en saillie 13 par l'intermédiaire d'un palier 49, un dispositif d'électroaimant 53 disposé dans le rotor 51, et une plaque d'embrayage 55 disposée de manière à venir en face de la surface d'extrémité extérieure du rotor 51. La plaque d'embrayage 55 est fixée à une extrémité du vilebrequin 15 par un élément de fixation prévu en son centre. De plus, un mécanisme anti-rotation 57 est dispo- sé autour de la partie de bossage 27 sur l'autre extrémité de la plaque latérale 23 de l'élément de tourbillonnement mobile 21 et sur la paroi intérieure du carter avant 11. En se référant à la figure 2, le mécanisme anti- rotation conventionnel 57 est disposé du côté (côte arrière) de l'élément de tourbillonnement mobile 21 qui est opposé à son côté venant en face de l'élément de tourbillonnement fixe 19, pour empêcher la rotation de l'élément de tourbillonne- ment mobile 21 sur son axe propre. L'élément de tourbillonne- ment mobile 21 effectue un mouvement circulaire relatif en face de l'élément de tourbillonnement fixe 19. Le mécanisme anti-rotation conventionnel 57 est composé d'un accouplement à billes comportant une paire d'an- neaux 59, 51, une paire de bagues de butée 63, 65 et des billes de butée 67 logées entre ceux-ci. La paire d'anneaux 59, 61 et la paire de bagues de butée 63, 65 sont réalisées sous la forme d'éléments séparés. Les deux anneaux 59 et 61 reçoivent les billes de butée 67 entre eux, et les bagues de butée 63, 65 sont disposées respectivement à l'extérieur des anneaux 59 et 61. L'anneau 59 est fixé à la paroi intérieure du carter avant 11 solidairement avec la bague de butée 63, tandis que l'anneau 61 est fixé à la surface arrière de l'élément de tourbillonnement mobile 21 par une broche 71, solidairement avec la bague de butée 65. Comme les bagues de butée 63 et 65 servant de composants de l'accouplement à billes du compresseur de type à spirales conventionnel, sont soumises à la charge de pous- sée de l'élément de spirale mobile par l'intermédiaire des billes de butée 67 lorsqu'on fait fonctionner le compresseur, il apparaît l'inconvénient que les bagues de butée 63 et 65 sont progressivement déformées. Cet inconvénient sera décrit plus précisément en se référant à la figure 3. A la figure 3, chacune des bagues de butée con- ventionnelles 63 et 65 est constituée d'un élément de plaque d'acier annulaire ayant une section transversale rectangu- laire. Conventionnellement, les bagues de butée 63 et 65 sont soumises à un traitement thermique pour augmenter leur résistance. Cependant, dans ce traitement thermique, la par- tie intérieure 75 des éléments de plaques de chemins de rou- lement des bagues de butée 63 et 65 restent en phase d'austénite telle qu'initialement, tandis que la phase de surface 73 de celles-ci est transformée en martensite. Par suite, lorsqu'on fait fonctionner le compres- seur de type à spirales, le volume des bagues de butée est dilaté au moment o la phase d'austénite restant dans la par- tie centrale des bagues de butée est transformée en une phase de martensite, ce qui présente l'inconvénient de produire une déformation des bagues de butée. Le mode de réalisation de la présente invention sera maintenant décrit en se référant aux figures 4 et 5. Comme le compresseur de type à spirales selon ce mode de réalisation de la présente invention est disposé d'une manière analogue à celle du compresseur conventionnel, à l'exception du mécanisme anti-rotation, la description de ce compresseur n'est pas reprise. A la figure 4, le mécanisme anti-rotation 77 du compresseur de type à spirales selon le mode de réalisation de la présente invention comprend un chemin de roulement fixe servant de première section de chemin de roulement constituée d'une bague de butée 79 fixée à la paroi intérieure du carter avant 11, un chemin de roulement mobile servant de seconde section de chemin de roulement constituée d'une bague de bu- tée 81 disposée sur l'élément de tourbillonnement mobile 21, une paire d'anneaux 59 et 61 interposés entre le chemin de roulement fixe et le chemin de roulement mobile, et des billes de butée 67 logées entre les anneaux 59 et 61 de la même manière que celle décrite en se référant à la figure 2. En se référant de nouveau à la figure 4, le méca- nisme anti-rotation 77 est disposé du côté (côté arrière) de l'élément de tourbillonnement mobile 21 (figure 1) qui est opposé à son côté venant en face de l'élément de tourbillon- nement fixe 19 (figure 1) pour empêcher la rotation de l'élé- ment de tourbillonnement mobile 21 autour de son axe. L'élément de tourbillonnement mobile 21 effectue un mouvement circulaire en face de l'élément de tourbillonnement fixe 19 (figure 1). Le mécanisme anti-rotation 77 est constitué d'un accouplement à billes, et la paire d'anneaux 59, 61 de même que la paire de bagues de butée 79, 81 sont réalisées sous la forme d'éléments séparés. La bague de butée 79 et l'anneau 59 sont fixés à la paroi intérieure du carter avant 11 (figure 1) par des broches 69. Au contraire, la bague de butée 81 et l'anneau 61 sont fixés à la surface arrière de l'élément de tourbillonnement mobile 21 (figure 1) par des broches 71. Pour le montage du mécanisme anti-rotation 77, les deux an- neaux 59 et 61 reçoivent les billes de butée 67 entre eux tandis que les bagues de butée 79 et 81 sont disposées res- pectivement à l'extérieur des anneaux 59 et 61. L'anneau 59 est fixé à la paroi intérieure du carter avant 11 (figure 1) par les broches 69, tandis que l'anneau 61 est fixé à la sur- face arrière de l'élément de tourbillonnement mobile 21 (fi- gure 1) par les broches 71, ce qui termine la construction du mécanisme anti-rotation 77. A la figure 5, chacune des bagues de butée 79 et 81 de l'accouplement à billes comprend un élément de plaque de chemin de roulement annulaire 83. L'élément de plaque de chemin de roulement 83 comporte une première surface de transfert de bille de butée plate 85 qui est formée sur un côté de celui-ci et vient en contact avec les billes de butée 67, tandis qu'une rainure 89 est formée dans la partie cen- trale de la surface de l'élément de plaque de chemin de rou- lement 83 de l'autre côté de celui-ci. La rainure 89 est creusée vers le premier côté de l'élément de plaque de chemin de roulement 83 et présente une forme annulaire suivant la direction périphérique d'une surface de plaque 87. Dans le mode de réalisation de la figure 5, la rainure 89 a une section de forme rectangulaire. Cependant, la forme de section de la rainure n'est pas nécessairement limitée à celle illustrée à la figure 5, mais peut avoir n'importe quelle autre forme appropriée telle que par exemple une forme carrée, une forme semi-circulaire ou une forme de courbe libre. Selon l'élément de plaque de chemin de roulement 83 de la bague de butée de l'accouplement à billes du mode de réalisation de la présente invention, disposée comme décrit ci-dessus, du fait que sa partie centrale est creusée pour former la rainure 89, même si l'élément de plaque est soumis au même traitement thermique que dans le traitement thermique conventionnel, la phase d'austénite ne reste pas dans la par- tie centrale de la rainure 89. Par suite, lorsqu'on fait fonctionner le compres- seur, l'élément de plaque de chemin de roulement n'est pas thermiquement déformé, ce qui permet d'éviter la déformation des bagues de butée 79 et 81 produite par la transformation de phases lorsqu'on fait fonctionner le compresseur. Comme décrit ci-dessus, selon la présente inven- tion, comme la rainure est formée dans la partie centrale de l'élément de plaque de la bague de butée, on peut créer un mécanisme anti- rotation composé de l'accouplement à billes, qui soit capable d'améliorer la durabilité de produits utili- sant cet accouplement à billes mettant en oeuvre la bague de butée, comme par exemple un compresseur de type à spirales et10 analogue. De plus, on peut également créer un compresseur de type à spirales qui utilise ce mécanisme anti-rotation. Il R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Compresseur de type à spirales (7) pour comprimer et dé- charger un réfrigérant aspiré en effectuant un mouvement de révolution au moyen de l'un d'une paire d'éléments de spira- les ou de tourbillonnement (19, 21) disposés l'un en face de l'autre, tout en empêchant la rotation de l'un (21) des élé- ments de spirales sur son axe, par rapport à l'autre élément (19), grâce à un mécanisme anti-rotation (77) constitué es- sentiellement par un accouplement à billes, caractérisé en ce que l'accouplement à billes comprend: - une première section de chemin de roulement annulaire (59, 79) comportant une surface de transfert de bille de butée (85) formée sur une surface de celle-ci, - une seconde section de chemin de roulement annulaire (61, 81) comportant une surface de transfert de bille de butée (85) formée sur l'une de ses surfaces et venant en face de la surface correspondante de la première section de chemin de roulement; et - un certain nombre de billes de butée (67) interposées en- tre les première et seconde sections de chemin de roule- ment (79, 81), de façon que l'une au moins des première et seconde sections de chemin de roulement présente une forme de section transversale telle que la partie centrale de son autre surface (87) venant en face de la première sur- face (85), soit creusée. 2 ) Compresseur de type à spirales selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une au moins des première (59, 79) et seconde (61, 81) sec- tions de chemin de roulement est réalisée en acier. 3 ) Compresseur de type à spirales selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section de chemin de roulement en acier de l'une au moins des première et seconde sections de chemin de roulement, com- prend essentiellement une phase de martensite formée par traitement thermique. 4 ) Compresseur de type à spirales selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme de section transversale présente une partie creusée (89) ayant une forme choisie dans le groupe comprenant une forme carrée, une forme semi-circulaire et une forme de courbe libre. ) Mécanisme anti-rotation (77) consistant essentiellement en un accouplement à billes, cet accouplement à billes com- prenant une première section de chemin de roulement annulaire (59, 79) comportant une surface de transfert de bille de bu- tée (85) formée sur l'une de ses surfaces, une seconde sec- tion de chemin de roulement annulaire (61, 81) comportant une surface de transfert de bille de butée (85) formée sur l'une de ses surfaces et venant en face de la surface correspon- dante de la première section de chemin de roulement, et un certain nombre de billes de butée (67) interposées entre les première et seconde sections de chemin de roulement, caractérisé en ce que l'une au moins des première et seconde sections de chemin de roulement présente une forme de section transversale telle que la partie centrale de son autre surface (87) venant en face de la première surface (85), est creusée. 6 ) Mécanisme anti-rotation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une au moins des première et seconde sections de chemin de roulement est réalisée en acier. 7 ) Mécanisme anti-rotation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la section de chemin de roulement en acier de l'une au moins des première et seconde sections de chemin de roulement, com- prend essentiellement une phase de martensite formée par traitement thermique. 8 ) Mécanisme anti-rotation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la forme de section transversale comporte une partie creusée (89) ayant une forme choisie dans le groupe comprenant une forme carrée, une forme semi-circulaire et une forme de courbe libre.5