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Perfectionnements aux mécanismes à engrenages
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La présente invention a pour objet un dispositif utilisable comme pompe, moteur ou simple organe de trans- mission, remarquable notamment en ce qutil est constitué par un engrenage formé de deux éléments hélicoïdaux, in- térieurs l'un à l'autre, l'élément externe ayant un filet ou dent hélicoïdale de plus que l'élément interne dont chaque filet ou dent est, dans chaque section transver- sale, constamment en contact avec l'élément externe, les pas, constants ou non, des hélices des deux éléments étant pour chaque section droite, dans le rapport des nombres de dents.
D'autres caractéristiques résulteront de la des- cription qui va suivre.
@ux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: la figure 1 représente un dispositif suivant l'in- vention, l'élément hélicoïdal externe étant coupé diamé- tralement et l'élément hélicoïdal interne étant représenté en élévation; la figure 2 est une coupe horizontale suivant la
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ligne 2-2 de la figure 1 ; la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante; la figure 4 est une coupe horizontale suivant la ligne 4-4 de la figure 1; la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 03 dans le cas où les pas des hélices ne sont pas constants ; la figure 6 est une coupe transversale suivant la ligne 6-6 de la figure 5; la figure 7 représente le tracé de deux profils conjugués, constitués par la combinaison d'épicycloides et d'hypocycloides;
la figure 8 représente une famille de courbes con- juguées, constituées uniquement par des hypocycloldes et des courbes enveloppes déduites desdites hypocycloïdes; la figure 9 représente en coupe verticale, schéma- tique, un dispositif mécanique réalisé selon l'invention; la figure 10 est une coupe verticale, partielle, suivant la ligne 10-10 de la figure 9; la figure 11 est une coupe, verticale, longitudina- le, d'une variante; la figure 12 est une coupe, verticale, transver- sale, d'un dispositif selon l'invnetion montrant le gui- dage à l'aide d'engrenages de l'élément hélicoïdal in- terne.
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux figu- res 1 à 4, le dispositif objet de l'invention est essen- tiellement constitué par un engrenage composé de deux éléments hélicoïdaux 1 et 2 intérieurs l'un à l'autre et à axes longitudinaux parallèles.. mais non confondus.
L'élément externe 1 a un filet ou dent de plus que l'élé- ment interne 2. Dans l'exemple représenté aux figures 1 @
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et 2,l'élément 1 est à quatre filets et l'élément 2 à trois filets. Dans l'exemple des figues 3 et 4, les fi- lets des éléments l et 2 sont respectivement aux nombres de trois et deux. Bien entendu, les nombres de filets des deux éléments pourraient être quelconques, à condi- tion qu'ils soient toujours différents d'une unité.
L'élément interne 2 est établi de telle sorte que chacun de ses filets ou dents soit constamment en contact avec l'élément externe 1.
Enfin, les pas des hélices des deux éléments sont, pour chaque section droite, dans le rapport des nombres de dents.
Un très grand nombre de profils d'engrenages per- mettant de réaliser les deux premières conditions (dans chaque section, nombre de dents différents d'une unité, chaque filet ou dent de l'élément hélicoïdal interne en contact permanent avec l'élément externe).
On va ci-après en décrire quelques-uns à titre d'exemple, groupés en deux familles.
On connaît une première famille de profils, dans laquelle chacun des profils est formé de courbes épicy- cloidales et hypocycloïdales engendrées sur le cercle primitif correspondant par des cercles générateurs dont le diamètre est égal à l'excentricité des cercles primi- tifs. Tous les nombres de dents peuvent être employés depuis le profil interne à une dent.
A titre d'exemple, la figure 7 représente deux profils utilisables pour réaliser l'invention. Le profil externe a trois dents, le profil interne a deux dents.
Les cercles primitifs C1 et C2 tangents intérieurement l'un à l'autre ont leurs centres en O1 et O2, leurs rayons sont dans le rapport 3/2, l'excentricité 0102 est égale au tiers du grand rayon C1 et à la moitié du
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petit rayon C2.Les cercles générateurs des épicybloldes
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El, E2... et des hypocycloldea n, roulent sur et dans les cercles primitifs C1 et C2 et ont tous un diamè- tre égal à l'excentricité O1O2.
Une deuxième famille de courbes peut être établie comme suit : Chacun des profils externe ou interne est formé de courbes hypoaycloidales engendrées dans le cer- cle primitif correspondant par des cercles générateurs dont le rayon est égal à l'excentricité des cercles primi- tifs, c'est-à-dire à la distance entre les axes longitu- dinaux des deux éléments hélicoïdaux 1 et 2.
A titre d'exemple, la figrre 8 représente une fa- mille de profils dont chacun peut être le profil externe de celui qui a une dent de moins et le profil interne de celui qui a une dent de plus. On voit sur la figure 8 les quatre cercles primitifs C3, C4, C5, C6 de profils à une, deux, trois ou quatre dents ayant respectivement leurs centres en O3, 04,05, 06 et dont les rayons dé- croissent dans le rapport des nombres de dents. Les hypo- cycloldes sont tracées avec des cercles générateurs dont le rayon est égal à l'excentricité commune O3-O4 O4-O5...
Les courbes obtenues sont : pour le profil à quatre dents, la courbe adef; pour le profil à trois dents, la courbe abc; pour le profil à deux dents, la droite aO3; pour le profil à une dent, le point a.
Ces profils peuvent être remplacés par les enve- loppes extérieures de cercles de mime rayon pour les profils externes et internes et roulant sur les profils sus-énoncés. Sur la figure 8 ces enveloppes sont obte- nues à l'aide de cercles ayant un diamètre égal à l'excen- tricité O3-O4, 04-05..: mais cela n'est pas indispensable.
Par ces enveloppes; la dent unique devient un cer-
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cle de centre a tournant autour de O6. L'engrenage à deux dents devient un profil symétrique tournant autour de O5,etc.. On pourrait imaginer d'autres profils se rapprochant ou non des précédents ou dérivant les uns des autres par des méthodes analogues à celles qui viennent d'être exposées.
Ce sont ces profils ou leurs variantes qui sont enroulés en hélice, en respectant la troisième condition relative aux pas des hélices, ces pas devant être pour chaque section droite dans le rapport du nombre de filets ou dents.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, on utilise les hypocycloïdes abc, adef de la figure 8. La formation des éléments est la suivante: Pour l'élément 1, le point O3 appartenant au profil a1 def décrit l'axe xx' dont la trace est O3, tandis que le point a1 du profil a1 def décrit l'hélice a1 a'1 a"1 (figure 1); pour l'élément 2, le point 04 du profil a2bc décrit l'axe yy' dont la trace est O4, tandis que le point a2 du profil a décrit l'hé- a, a"
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lice '"2.. Le rapport des pas a2a"2 1 = 4/3; xx' et zegt sont respectivement les axes de rotation des éléments 1 et 2.
Dans l'exemple des figures 3 et 4, on utilise de la même manière les enveloppes déduites des hypocycloïdes.
L'enroulement en hélice des profils autour de leurs axes de rotation crée entre les deux éléments hélicoïdaux 1 et 2 des capacités dont la longueur égale le pas de l'élément externe. Dans l'exemple des figures 1 et 2, chaque section droite coupe tantôt trois, tantôt quatre capacités dont les sections croissent et décroissent successivement au fur et à mesure des mouvements relatifs des deux éléments hélicoïdaux 1 et 2. Les sections de trois de ces capacités sont visibles en ABC. Dans
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l'exemple des figures 3 et 4, chaque section droite coupe deux ou trois capacités. Deux, A et B, sont visibles à la figure 4.
Si on fait rouler d'un mouvement relatif l'élément interne 2 dans l'élément externe 1, les capa- cités se. déplacent (sans se déformer, si le pas est constant) suivant un mouvement hélicoïdal le long de la roue externe.
On voit que, pour que la pompe réversible soit étanche, c'est-à-dire qu'il y ait toujours au moins un cloisonnement entre ces deux extrémités, il convient que les hélices de l'élément externe 1 fassent au moins un tour.
Il va de soi que rien ne serait changé si les engrenages aussi bien externes qu'internes étaient en plusieurs pièces, quelle que soit la forme de ce frac- tionnement (éléments hélicoïdaux formés soit d'éléments cylindriques de faible hauteur disposés en gradins, soit d'éléments plats empilés et décalés les uns par rapport aux autres, etc...).
Dans les exemples ci-dessus décrits, les pas des hélices sont constants et les capacités A, B, C.. sont' de grandeur constante pendant la rotation. Ces pas peu- vent être variables, par exemple ils peuvent croître ou décroitte uniformément, comme représenté aux figures 5 et 6. Dans ce cas, il faut que pour une section droite des profils, les pas externes et internes restent entre eux dans le rapport des nombres de dents.
On voit que, contrairement à ce qui a lieu dans le cas d'hélices à pas constant, les éléments 1 et 2 ne peuvent glisser sur leurs axes longitudinaux l'un par rapport à l'autre. On se rend compte que pendant la rota- tion, les capacités A, B... changent de volume en se dé- plaçant.cette particularité peut être utilisée avec les @
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fluides compressibles par exemple, pour obtenir avec des rotations déterminées des compressions ou des déten- tes suivant des lois déterminées. A la condition que les hélices de l'élément hélicoïdal externe 1 fassent plus d'un tour, la pompe permet un refoulement sous pression, ou une détente d'un fluide quelconque, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des clapets de retenue.
Dans ce cas, la pression ou la détente augmentent seulement au delà du premier tour des hélices de l'élément externe.
On pourra également faire varier uniformément ou non les diamètres primitifs des éléments hélicoïdaux 1 et 2; dans ce cas, les axes longitudinaux des deux élé- ments 1 et 2 seront concourants.
On peut aussi, dans le cas de la figure 8, faire varier seulement, uniformément ou non, le diamètre des cercles dont les centres se déplacent sur les hypocy- cloïdes, les deux axes restant parallèles.
Aux figures 9 à 12, on a représenté des modes d'utilisation des engrenages décrits. Bien entendu, ces dispositifs ne sont donnés qu'à titre d'exemple. On ne changerait rien à l'Invention en employant tout autre montage dès l'instant qu'il permet le roulement l'un dans l'autre de deux engrenages conformes à l'invention.
Dans l'exemple de la figure 9, les deux éléments 1 et 2 conformes à ceux de la figure 1 sont représentés, pour simplifier, par des cylindres de diamètres égaux à ceux des cercles primitifs. Deux pièces 3 formant touril- ions sont fixées à des supports 4 qui servent de tubes dtentrée et de sortie. La surface cylindrique externe des pièces 3 a pour axe l'axe de l'hélice externe 1, et l'une d'entre elles est percée pour laisser passer l'arbre 5 portant l'élément hélicoïdal interne 2 et une poulie de commande 6.
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Si on fait tourner la poulie 6, l'élément interne 2 tourne et entraîne à une vitesse des deux tiers l'élé- ment externe 1. Suivant le sens de rotation de l'élément 2, le fluide est transporté d'une extrémité à l'autre de la pompe.
On pourrait tout aussi bien commander directement relouent externe 1 par une courroie l'embrassant; on éviterait ainsi la traversée de la pièce 3 par l'axe 5,
Si l'on amène un fluide sous pression par l'un des conduits 4, l'appareil devient moteur, l'autre con- duit devenant échappement. La puissance peut être recueil- lie soit sur la poulie 6, soit sur l'élément externe 1.
Dans l'exemple de la figure 11, l'élément héli- coïdal externe 1 est fixe, l'élément interne roule à l'intérieur en tournant autour d'unnaxe excentré 5 qui tourne lui-même autour de l'axe de l'élément externe 1.
Si on fait tourner la poulie 6, l'élément interne 2 roule dans l'élément externe 1 qui fait corps avec le support 7. Suivant le sens de rotation, le fluide est transporté d'une extrémité à l'autre de la pompe.
Si on amène un fluide sous pression par l'un des orifices 4, l'appareil devient moteur,.l'autre orifice 4 devenant échappement, et la puissance peut être recueil- lie sur la poulie 6.
La figure 12 représente une extrémité d'un appa- reil analogue à celui de la figure 11, également réver- sible. Dans cet appareil, 1'élément hélicoïdal interne 2 porte un pignon 8 engrenant avec une couronne à denture interne 9 portée par l'élément hélicoïdal externe 1.
Le pignon 8 et la couronne 9 comportent un nombre quel- conque de dents, mais leur rapport est le même que celui des dents des éléments hélicoïdaux, de telle sorte que la position relative de ces éléments est guidée par ce @
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pignon et cette couronne. Ce dispositif permet d'éviter l'usure des éléments hélicoïdaux (pompe ou moteur), qui peuvent être réglés jusqu'au voisinage du contact.
Bien entendu, les dispositifs décrits ou leurs variantes peuvent également être utilisés comme une trans- mission ordinaire par pignons, avantageuse surtout pour les démultiplications telles que 1/2, 2/S, 3/4, etc?.. qui sont réalisées avec le minimum de dents (une et deux, deux et trois, etc..). Les dispositifs des figures 1 et 3 peuvent représenter un tel couple de pignons donnant les rapports 3/4 et 2/3. La condition relative à la lon- gueur des éléments n'existe plus, mais l'entraînement est plus régulier si cette longueur est grande et atteint au moins une fraction des pas d'un élément hélicoïdal égale à/ce pas divisé par le nombre de dents dudit élément.
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution ni aux applications représentés et décrits qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.
REVENDICATIONS.
1 - Un dispositif utilisable comme pompe, moteur ou simple organe de transmission, caractérisé en ce qu'il est constitué par un engrenage formé de deux éléments hélicoïdaux, intérieurs l'un à l'autre, l'élé- ment externe ayant un filet ou dent hélicoïdale de plus que l'élément interne dont chaque filet ou dent est, dans chaque section transversale, constamment en contact avec l'élément exténue, les pas constants ou non des hélices des deux éléments étant, pour chaque section droite,, dans le rapport des nombres de dents.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.