Brevet FR2790794A1 — publié le 20000915

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de palier perfectionné pour compresseurs de type à plateau bat- teur comprenant un piston logé en glissement dans un alésage de cylindre s'étendant parallèlement à l'arbre d'entraînement, ce piston venant en prise avec le plateau batteur par l'intermédiaire d'un dispositif de palier et le plateau batteur étant monté obliquement sur l'arbre d'entraînement, la rotation du plateau batteur faisant aller et venir le piston dans l'alésage de cylindre. Ainsi, l'invention concerne un compresseur de type à plateau batteur utilisé pour des climatiseurs d'automobile et, plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de palier comprenant un sabot essentiellement hémisphérique interposé entre le plateau batteur et le piston d'un compresseur de type à plateau batteur, de manière à transformer le mouvement de rotation du plateau batteur en un mouvement de va-et-vient du piston. Les compresseurs de type à plateau batteur sont de deux types, à savoir un premier type dans lequel l'angle d'inclinaison du plateau batteur par rapport à l'arbre d'entraînement est fixe, et un second type ou type à volume variable dans lequel l'angle d'inclinaison du plateau batteur par rapport à l'arbre d'entraînement est variable, pour faire varier ainsi la course du piston. De plus, sous un autre as- pect, les compresseurs sont classés en deux types, à savoir le type à simple action dans lequel la course de distribution n'est effectuée que lorsque le piston est déplacé dans une seule direction, et le type à double action utilisant un pis- ton à tête double. Dans la mesure o l'on considère le méca- nisme de piston-cylindre et la partie de palier, ces types de compresseurs ont la même construction de base. Description de l'art antérieur Un compresseur de type à plateau batteur, dont la figure 4 représente la disposition schématique, comporte un arbre d'entraînement 3 muni d'un plateau batteur 2 monté obliquement sur celui-ci, l'arbre d'entraînement 3 étant mon- té en rotation dans un bloc de cylindres 5. Le bloc de cylin- dres 5 est muni d'un certain nombre d'alésages de cylindre 6 s'étendant parallèlement à l'arbre d'entraînement 3 et dispo- sés circonférentiellement à intervalles égaux, chaque alésage de cylindre 6 comportant un piston 4 monté en glissement dans celui-ci. Le piston 4 comporte, à une extrémité, un évidement 4a formé dans celui-ci pour venir à cheval sur la périphérie extérieure du plateau batteur 2, et des sièges sphériques 4b sont formés dans les surfaces axialement opposées de l'évidement 4a. Un sabot 1 est incorporé dans chaque siège sphérique 4b de manière à être interposé entre le plateau batteur 2 et le piston 4. De plus, le sabot 1 et le siège sphérique 4b coopèrent l'un avec l'autre pour former une sec- tion de palier A destinée à transformer le mouvement de ro- tation du plateau batteur en le mouvement de va-et-vient du piston 4. Ainsi, lorsque le plateau batteur 2 est entraîné en rotation par l'arbre d'entraînement 3, le mouvement de rota- tion du plateau batteur 2 est transformé en le mouvement de va-et-vient du piston 4 par l'action de la section de palier A. A ce moment, le sabot 1 effectue un mouvement de glisse- ment dans une direction par rapport au plateau batteur 2, tandis qu'il effectue un mouvement de glissement oscillant sur un angle donné, par rapport au siège sphérique 4b. On a connu jusqu'à maintenant un dispositif dans lequel, comme représenté aux figures 5A et 5B, dans la sur- face extérieure sphérique convexe du sabot 1, on a donné des courbures différentes à la partie de contact et à la partie de jupe qui viennent en contact avec le siège sphérique 4b (voir la Publication de Brevet Japonaise Heisei 3-51912). Les figures 5A et 5b représentent le sabot 1 incorporé dans le siège sphérique 4b du piston 4. Le siège sphérique 4b est formé en utilisant un seul rayon de courbure. D'autre part, la surface périphérique extérieure du sabot 1 est composée, dans le haut, d'une surface sphéri- que de référence la ayant essentiellement le même rayon de courbure que le siège sphérique 4b, et d'une surface sphéri- que de jupe lb résultant de la partie de jupe, qui subit un engagement et un dégagement répétitifs par rapport au siège sphérique 4b, en s'éloignant de la surface sphérique de réfé- rence la vers le centre du sabot 1. En d'autres termes, non seulement la courbure de la surface sphérique de jupe lb dif- fère de celle de la surface sphérique de référence la, mais encore les courbures des autres parties varient progressive- ment. Ainsi, le jeu qui augmente doucement en partant de la limite entre la surface sphérique de référence la et la sur- face sphérique de jupe lb, doit varier de taille lorsque le sabot 1 oscille, ce qui facilite une action de coin permet- tant d'amener efficacement de l'huile de lubrification à la zone de contact de la surface sphérique de référence la qui est en train de glisser. Dans le compresseur de type à plateau batteur, le sabot est forcé d'effectuer ce qu'on appelle un mouvement de précession accompagnant le mouvement de rotation du plateau batteur, en tendant à subir une butée locale qui produit à son tour des inconvénients comprenant une usure locale. Par suite, pour assurer une butée précise du sabot, il est néces- saire de gérer le processus de fabrication de tels sabots de manière à s'assurer que la position de la butée tombe à l'intérieur d'une plage prédéterminée. Si, cependant, la sur- face périphérique extérieure du sabot qui vient en contact avec le siège sphérique du piston est une surface sphérique ayant essentiellement le même rayon de courbure que le siège sphérique, la position de la butée n'est pas régulière mais a tendance à varier. De plus, la position de la butée du sabot contre le siège sphérique dépend de la qualité de finition de la surface sphérique du sabot, ce qui rend difficile de gérer la hauteur du sabot, c'est à dire de gérer le jeu entre le sabot et le plateau batteur. RESUME DE L'INVENTION La présente invention a donc pour but de pouvoir créer une disposition simple permettant d'éviter le contact entre le sommet d'un sabot et le siège sphérique d'un piston, en assurant une zone de contact convenable même si l'angle d'inclinaison du plateau batteur est augmenté, ce qui permet ainsi d'obtenir une lubrification satisfaisante. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de palier perfectionné pour compresseurs de type à plateau batteur com- prenant un piston logé en glissement dans un alésage de cy- lindre s'étendant parallèlement à l'arbre d'entraînement, le piston venant en prise avec le plateau batteur par l'intermédiaire d'un dispositif de palier et le plateau bat- teur étant monté obliquement sur l'arbre d'entraînement, la rotation du plateau batteur faisant aller et venir le piston dans l'alésage de cylindre, caractérisé en ce que le disposi- tif de palier comprend un siège sphérique constitué d'une seule surface concave formée dans le piston, et un sabot es- sentiellement hémisphérique venant en contact avec le siège sphérique, la surface périphérique extérieure du sabot étant constituée d'une partie de jupe, d'une partie supérieure pré- sentant un rayon de courbure plus grand que le rayon de cour- bure du siège sphérique, et une partie de transition placée entre la partie de jupe et la partie supérieure, cette partie de transition ayant un rayon de courbure plus petit que celui du siège sphérique, et venant en contact avec ce dernier. Le fait de rendre le rayon de courbure de la par- tie supérieure plus grand que celui du siège sphérique, per- met de s'assurer que, même s'il existe une variation de taille de la surface périphérique extérieure du sabot ou de taille du siège sphérique, il n'est pas possible que la par- tie supérieure vienne en contact avec le siège sphérique; par suite, un jeu convenable est maintenu entre eux pour con- server de l'huile de lubrification dans ce jeu. De plus, la partie de transition entre la partie de jupe et la partie su- périeure est une partie qui se relie à la partie de jupe et à la partie supérieure, la partie de jupe et la partie supé- rieure ne venant pas en contact avec le siège sphérique. Le sabot vient toujours en contact avec le siège sphérique à l'endroit de la partie de transition. Le rayon de courbure de la partie de jupe du sa- bot peut avantageusement être légèrement plus petit que celui du siège sphérique. Le fait de rendre le rayon de courbure de la partie de jupe légèrement plus petit que celui du siège sphérique, forme un jeu convenable entre la partie de jupe et le siège sphérique. Par suite, il est possible d'éviter que le bord du coin du siège sphérique vienne buter contre le sa- bot, et d'assurer une aspiration satisfaisante de l'huile de lubrification dans l'espace compris entre le sabot et le siège sphérique. Le centre de courbure de la partie de jupe du sa- bot peut avantageusement être placé en travers de l'axe cen- tral du sabot, en étant radialement espacé d'une distance prédéterminée par rapport à cet axe central. Dans ce cas, comme la surface périphérique extérieure du sabot vient tou- jours en contact avec le siège sphérique à l'endroit de la partie de transition, le point o le sabot bute contre le siège sphérique peut être réglé avec précision. De plus, on peut former un jeu entre la partie de jupe et le siège sphé- rique en égalisant le rayon de courbure de la partie de jupe avec le rayon de courbure du siège sphérique, ou même en le diminuant légèrement. Il est préférable que le rayon de courbure de la partie supérieure du sabot soit réglée à l'intérieur de la plage d'environ 1,5-2,0 fois le rayon de courbure du siège sphérique. Le fait de rendre le rayon de courbure de la par- tie supérieure plus grand que celui du siège sphérique, per- met d'éviter un contact entre la partie supérieure du sabot et le siège sphérique du piston, de sorte qu'un jeu convena- ble est maintenu entre eux pour maintenir de l'huile de lu- brification à l'intérieur de ce jeu, comme décrit ci-dessus. Si, cependant, le rayon de courbure de la partie supérieure dépassait le double du rayon de courbure du siège sphérique, le joint doux entre la partie supérieure et la partie de transition ne devrait pas être obtenu et la douceur avec laquelle la partie de transition vient en contact avec le siège sphérique devrait être altérée. De plus, pour donner un exemple du rayon de courbure de la partie de transition du sabot dans ce cas, ce rayon de courbure peut être de 1/3 à 2/3 fois plus grand que le rayon de courbure de la partie su- périeure. BREVE 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 coupe longitudinale représentant un mode de réalisation de l'invention; -la figure 2 est une coupe longitudinale représentant un au- tre mode de réalisation de l'invention; -la figure 3A est une vue de côté d'une pièce maîtresse; -la figure 3B est une vue en coupe destinée à décrire un pro- cédé de mesure; -la figure 4 est une coupe longitudinale représentant la disposition schématique d'un compresseur à plateau bat- teur de type à volume variable; -la figure 5A est une coupe longitudinale représentant l'art antérieur utilisant un sabot coaxial avec un siège sphé- rique; et -la figure 5B est une coupe longitudinale analogue à celle de la figure 5A, représentant le sabot incliné par rapport au siège sphérique. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERENTIELS La figure 1 représente un sabot 10 monté entre un plateau batteur 2 et un piston 4. Comme déjà décrit, le sabot et le siège sphérique 4b constituent un dispositif de pa- lier dans lequel, lorsqu'on fait tourner le plateau batteur 2, le mouvement de rotation de ce plateau batteur 2 est transformé en un mouvement de va-et-vient du piston 4 sous l'action du dispositif de palier. Le sabot 10 est formé d'une boule d'acier obtenue par pressage et présente un aspect essentiellement hémisphé- rique, comme représenté. Le sabot 10 est en contact d'une part, par sa surface de fond 18, avec le plateau batteur 2 et, d'autre part, par sa surface extérieure essentiellement sphérique, avec le siège sphérique 4b du piston 4. La surface de fond 18 est plate et reliée en douceur avec la surface pé- riphérique extérieure par l'intermédiaire d'une surface courbe de relativement grande courbure. De plus, la surface de fond 18 n'est pas nécessairement une surface plate perpen- diculaire à l'axe central X et peut par exemple être une sur- face convexe de grande courbure, ou une couronne présentant une zone centrale doucement surélevée par rapport à la zone sphérique; cependant, une surface plate est avantageuse en ce qu'elle est plus facile à traiter. La surface périphérique extérieure du sabot 10 est constituée d'une combinaison de surfaces sphériques par- tielles telles qu'une partie de jupe 12, une partie de tran- sition 14 et une partie supérieure 16, représentées dans cet ordre lorsqu'on regarde la figure 1 par le dessous. La partie de jupe 12 est une surface sphérique partielle de rayon de courbure R1 légèrement plus petit que le rayon R du siège sphérique 4b, cette partie de jupe 12 se reliant doucement à la surface de fond 18. Le fait de rendre le rayon de courbure R1 de la partie de jupe 12 légèrement plus petit que le rayon R du siège sphérique 4b permet d'obtenir une quantité de jeu convenable entre la partie de jupe 12 et le siège sphérique 4b. Par suite, il est possible d'éviter que le bord du coin du siège sphérique 4b vienne buter contre le sabot 10, et d'assurer une aspiration satisfaisante de l'huile de lubrifi- cation dans l'espace compris entre le sabot 10 et le siège sphérique 4b. La partie supérieure 16 est une surface sphérique partielle présentant un plus grand rayon de courbure R2 que celui de la partie de jupe 12 et de la partie de transition 14. Le rayon de courbure R2 de la partie supérieure 16 est réglé à l'intérieur de la plage d'environ 1,5 à 2,0 fois le rayon de courbure R du siège sphérique 4b. Le fait de rendre le rayon de courbure R2 de la partie supérieure 16 plus grand que le rayon de courbure R du siège sphérique 4b, permet de s'assurer que, même s'il existe une variation de la taille de la surface périphérique extérieure du sabot 10, ou de la taille du siège sphérique 4b, il n'y a aucune possibilité pour que la partie supérieure 16 vienne en contact avec le siège sphérique 4b; par suite, un jeu convenable est mainte- nu entre eux pour retenir de l'huile de lubrification dans ce jeu. Si, cependant, on rend le rayon de courbure R2 de la partie supérieure 16 trop grand, la jonction entre cette par- tie supérieure 16 et la partie de transition 14 est courbée pour former un angle, et le contact entre la partie de tran- sition 14 et le siège sphérique 4b tend à perdre de sa dou- ceur, cette tendance devenant plus prononcée si l'usure de la partie de transition 14 augmente. Par suite, cela conduit à une insuffisance de lubrification pour la partie de transi- tion 14, ce qui constitue un facteur de réduction de la durée de vie utile. De plus, dans le processus de fabrication, plus on rend trop grande la partie supérieure R, plus il devient difficile d'effectuer un formage en une seule étape en utili- sant un moule métallique, de sorte qu'on doit utiliser deux étapes ou, si l'on n'utilise qu'une seule étape, cela doit conduire à une diminution de la durée de vie utile du moule métallique. Sous ce rapport, on établit la limite supérieure du rayon de courbure R2 de la partie supérieure 16. La partie de transition 14 est une surface sphé- rique partielle placée entre la partie de jupe 12 et la par- tie supérieure 16, en se reliant doucement à celles-ci. En d'autres termes, la partie de transition 14 est une portion qui relie la partie de jupe 12 à la partie supérieure 16 et, en ce sens, le rayon de courbure R3 de la partie de transi- tion 14 sera appelé " arrondi de joint ". Cet arrondi de joint R3 est réglé par exemple à environ 1/3-2/3 du rayon de courbure R2 de la partie supérieure 16. Comme décrit ci- dessus, la partie de jupe 12 et la partie supérieure 16 ne viennent pas en contact avec le siège sphérique 4b, tandis que le sabot 10 vient en contact avec le siège sphérique 4b à l'endroit de la partie de transition 14. Ainsi, la butée du sabot 10 contre le siège sphérique 4b se fait toujours à l'endroit de la partie de transition 14. Un autre mode de réalisation, représenté à la fi- gure 2, est le même que le mode de réalisation ci-dessus re- présenté à la figure 1, en ce sens que la surface périphérique extérieure du sabot 10 est constituée de la par- tie de jupe 12, de la partie de transition 14 et de la partie supérieure 16, mais la disposition de la partie de jupe 12 est différente comme indiqué ci-après. La partie de jupe 12 est formée d'une surface courbe ayant comme génératrice un arc dont le centre de courbure est placé en travers de l'axe central X du sabot 10 et se trouve espacé radialement d'une distance prédéterminée par rapport à cet axe central X. En d'autres termes, les centres de courbure C1 et 02 sont déca- lés dans des directions opposées en travers de l'axe central X (ou sont décalés transversalement), la grandeur du décalage étant désignée par e. Dans ce cas, la surface périphérique extérieure du sabot 10 vient toujours en contact avec le siège sphérique 4b à l'endroit de deux parties de transition 14, comme on peut le voir dans une coupe longitudinale. Par suite, le point o le sabot 10 vient buter contre le siège sphérique 4b peut être réglé avec précision. En outre, on peut former un jeu entre la partie de jupe et le siège sphé- rique en égalisant le rayon de courbure R1 de la partie de jupe 12 avec le rayon de courbure R du siège sphérique 4b, ou même en le diminuant légèrement. Si le centre de courbure de la partie de jupe 12 est décalé transversalement de manière à assurer une quantité de jeu prédéterminée entre la partie de jupe 12 et la partie d'ouverture 4c du siège sphérique 4b, le rayon de courbure R1 de la partie de jupe 12 devient alors plus grand, de la quan- tité de décalage e, que dans le cas de la figure 1 ne présen- tant pas de décalage, en devenant ainsi plus proche de l'égalité avec le rayon de courbure R du siège sphérique 4b, que dans le cas de la figure 1. D'autre part, si une quantité de jeu prédétermi- née est fixée en un point espacé d'un angle prédéterminé par rapport à la partie de transition 14, le changement de rayon R vers la sortie du siège sphérique 4b diminue, de même que le jeu à l'endroit de la partie d'ouverture 4c du siège sphé- rique 4b; par suite, lorsque l'angle change quand on fait tourner le plateau batteur 2, entre la partie de jupe 12 et le siège sphérique 4b, il est possible d'éviter que le sabot effectue un mouvement incontrôlé, de sorte qu'on peut as- surer un fonctionnement stabilisé. Ainsi, le décalage trans- versal augmente le degré de liberté de cette forme de réalisation. La gestion de la butée du sabot 10 est effectuée sur la base de la hauteur du sabot obtenue de la manière dé- crite ci-après. Comme représenté aux figures 3A et 3B, une pièce maîtresse M ayant subi une finition à une courbure pré- déterminée et à une hauteur ho, est placée sur une plaque de surface 20, et un gabarit 22 muni d'une cavité 24 se présen- tant sous la forme d'un cône d'angle de cône prédéterminé, est placé sur la pièce maîtresse, puis on mesure la distance (hauteur maîtresse h1) entre la plaque de surface 20 et la surface supérieure du gabarit 22. On place ensuite le sabot à mesurer sur la plaque de surface 20, puis on place le gabarit 22 sur celle-ci et l'on mesure la distance (hauteur h2 de l'ensemble de sabot) entre la plaque de surface 20 et la surface supérieure du gabarit 22. La hauteur H du sabot 10 à trouver peut alors se calculer par la formule suivante: H = h0 + (h2 - hl) En contrôlant la hauteur H du sabot de façon qu'elle vienne se situer à l'intérieur d'une plage prédéter- minée, il est possible d'assurer une butée et un jeu de pa- lier prédéterminés. De plus, bien qu'on ait décrit ici un exemple de piston de type à simple action, l'invention peut cependant s'appliquer également au piston de type à double action com- portant un piston à tête double. L'invention peut s'appliquer non seulement à un compresseur à plateau batteur de type à volume variable, mais encore à un compresseur à plateau bat- teur de type à volume fixe. Comme cela a été décrit jusqu'ici, selon la pré- sente invention, il est possible de créer une disposition simple conçue pour éviter un contact entre le sommet d'un sa- bot et le siège sphérique d'un piston, ainsi que d'assurer une zone de contact convenable même si l'angle d'inclinaison du plateau batteur est augmenté, ce qui permet ainsi d'obtenir une lubrification satisfaisante. il R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Dispositif de palier perfectionné pour compresseurs de type à plateau batteur comprenant un piston (4) logé en glis- sement dans un alésage de cylindre (6) s'étendant parallèle- ment à l'arbre d'entraînement (3), le piston (4) venant en prise avec le plateau batteur (2) par l'intermédiaire d'un dispositif de palier et le plateau batteur (2) étant monté obliquement sur l'arbre d'entraînement (3), la rotation du plateau batteur (2) faisant aller et venir le piston dans l'alésage de cylindre, caractérisé en ce que le dispositif de palier comprend un siège sphérique (4b) constitué d'une seule surface concave formée dans le piston (4), et un sabot essentiellement hémisphérique venant en con- tact avec le siège sphérique (4b), la surface périphérique extérieure du sabot (10) étant constituée d'une partie de jupe (12), d'une partie supérieure (16) présentant un rayon de courbure (R2) plus grand que le rayon de courbure (R) du siège sphérique (4b), et une partie de transition (14) placée entre la partie de jupe (12) et la partie supérieure (16), cette partie de transition ayant un rayon de courbure (R3) plus petit que celui (R) du siège sphérique (4b), et venant en contact avec ce dernier. 2 ) Dispositif de palier pour compresseurs de type à plateau batteur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon de courbure (R1) de la partie de jupe (12) du sabot (10) est légèrement plus petit que celui (R) du siège sphéri- que (4b). 3 ) Dispositif de palier pour compresseurs de type à plateau batteur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centre de courbure (01, 02) de la partie de jupe (12) du sabot (10) est placé en travers de l'axe central (X) du sabot (10), et se trouve espacé radialement d'une distance prédé- terminée (e) par rapport à l'axe central (X). 4 ) Dispositif de palier pour compresseurs de type à plateau batteur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon de courbure (R2) de la partie supérieure (16) du sa- bot (10) est d'environ 1,5-2,0 fois plus grand que le rayon de courbure (R) du siège sphérique (4b). ) Dispositif de palier pour compresseurs de type à plateau batteur, selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayon de courbure (R3) de la partie de transition (14) du sabot (10) est 1/3-2/3 fois plus grand que le rayon de cour- bure (R2) de la partie supérieure (16).