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Priorité : SUISSE - 29 juillet 1941.
La présente invention est relative aux machines à piston et plus particulièrement aux pompes et moteurs hydrauliques de ce genre, commandés par un tiroir de distribution et comportant, montés sur un arbre commun, un premier excentrique fixe pour l'actionnement du piston moteur et un deuxième excentrique mobile pour l'actionne- ment du tiroir ; l'excentrique fixe, dans le but de
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rendre variable la course de refoulement du piston moteur, portant un organe asymétrique mobile dont le déplacement est commandé par exemple par un dispositif tournant avec l'arbre et coopérant avec un levier d'une tringlerie sta- tionnaire.
Le but principal de l'invention est de per- fectionner les machines à piston du type à commande par tiroir de distribution, de façon à simplifier leur construc- tion et à rendre leur fonctionnement aussi précis que pos- sible, en particulier en vue d'un réglage automatique des moments de distribution du tiroir d'après les temps varia- bles de la course de refoulement du piston moteur.
Conformément à l'invention, l'organe asymétri- @ que permettant de varier la course de refoulement du piston moteur est constitué par un excentrique extérieur mobile pouvant se déplacer angulairement sur l'excentrique fixe et étant accouplé avec l'excentrique mobile du tiroir de distribution de façon à ce que les deux dispositifs d'ex- centriques du piston moteur et du tiroir de distribution soient toujours décalés d'un angle déterminé l'un par rapport à l'autre quel que puisse être le déplacement angulaire de l'excentrique extérieur mobile du piston sur l'excentrique fixe.
L'accouplement de l'excentrique extérieur mobile du piston moteur et de celui du tiroir de distri- bution est étudié en vue de varier les moments d'établis- sement et d'interruption des communications entre l'espace de travail de la machine à piston et les conduites d'ad- mission et de refoulement respectives, c.à.d. d'avancer ou de retarder simultanément et dans la même mesure le début et la fin de la course du tiroir. Dans ce but,
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tout déplacement angulaire de l'excentrique extérieur mobile du piston moteur est transmis de moitié à l'excentrique du tiroir de distribution.
L'invention porte également sur un assemblage perfectionné des excentriques au piston moteur et à l'organe mobile du tiroir de distribution.
L'invention est illustrée, à titre d'exemple de réalisation, dans les dessins annexés+
La fig. 1 est une vue en coupe verticale axiale, pratiquée à travers l'ensemble d'une machine à piston com- mandée par un tiroir de distribution.
La fig. 2 est une coupe transversale suivant la ligne A-A de la fig.l, montrant le dispositif d'excen- triques de la machine et son assemblage au piston moteur.
La fig. 3 est une coupe transversale suivant la ligne B-B de la fig.l, montrant la disposition des orga- nes d'accouplement entre le dispositif d'excentriques du piston moteur et l'excentrique du tiroir de distribution.
La fig. 4 est un diagramme vectoriel mettant en évidence le fonctionnement du dispositif d'excentriques du piston moteur en corrélation avec le déplacement angulai- re de l'excentrique extérieur mobile.
En se référant aux dessins, 1 désigne l'arbre principal d'une machine à piston tournant, entraîné par un moyen quelconque, dans les coussinets sphériques 2 et 3 montés dans les deux moitiés correspondantes du carter 4 de la machine. 5 est le piston moteur de la machine disposé de façon coulissante dans un cylindre 6 auquel on peut accéder par un bouton fileté 7. La chambre de travail 8 de ce cylindre communique par un canal 9 avec un tiroir de distribution comportant, monté dans un cylindre.10, un
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piston-double 11 présentant une partie décolletée 12.
Au cylindre 10 du tiroir sont raccordées deux conduites 13 et 14 débouchant l'une dans un réservoir à basse pres- sion et l'autre dans une chambre à haute pression non- représentée dans les dessins. Suivant la position du pis- ton double 11, ces deux conduites sont mises alternative- ment en communication par le décolletage 12 et le canal 9 avec la chambre de travail 8 de la machine à piston.
Le piston moteur 5 de la machine est commandé par un dispositif d'excentriques comprenant un excentrique intérieur fixe 15 venu'solidairement de fabrication avec l'arbre 1 et ayant une excentricité e1' et un excentrique ex- térieur mobile 16 pouvant se déplacer angulairement sur l'excentrique intérieur et présentant une excentricité e2.
De préférence, les excentricités el et e2 sont d'égales grandeurs, ce qui permet de varier la valeur de l'excen- tricité résultante entre les limites de 0 et (el + e2) suivant la position angulaire de l'excentrique mobile sur l'excentrique fixe. L'excentrique mobile 16 est retenu axialement, d'une part, par un rebord 17 solidaire de l'excentrique fixe et, d'autre part, par une bague d'écar- tement 18 montée librement sur l'arbre 1. Cette dernière présente une encoche intérieure 19 dans laquelle s'engage une goupille radiale 20 de l'arbre 1 afin d'empêcher la rotation de cette bague par rapport à l'arbre.
La liaison entre ce dispositif d'excentri- ques 15,16 et le piston moteur 5 de la machine est réali- sée par un collier d'excentrique 22 en deux parties épou- sant le pourtour extérieur de l'excentrique mobile 16 et pouvant se déplacer latéralement dans les guides d'un cadre 23. Ce dernier est construit également en deux parties
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et peut coulisser verticalement dans un bâti 24 solidaire du carter 4. Le cadre est muni d'un bossage central 25, en saillie sur sa partie supérieure, dans lequel s'engage avec un certain jeu, l'extrémité libre élargie 26 de la tige du piston moteur 5. Le bossage présente un filetage exté- rieur 27 sur lequel est vissé un écrou à chapeau 28 servant de passage à la tige du piston.
Dans le bossage 25 est aussi logé un ressort à boudin 29 s'appuyant, d'une part, contre l'extrêmité élargie 26 de la tige du piston-moteur et, d'autre part, contre l'écrou à chapeau 28. On obtient de cette façon une connexion rigide dans le sens du mouvement va-et-vient du piston-moteur entre ce piston et le dispositif d'excentriques, tout en conservant un léger jeu latéral de l'extrêmité de la tige du piston dans le bossage 25.
La commande du tiroir de distribution est réa- lisée par un excentrique simple 30 qui, dans le présent exem- ple, est déplaçable angulairement dans un logement circulaire que présente une douille 31 clavetée sur le dit arbre. 32 est une denture extérieure solidaire de la douille 31. L'excen- trique 30 est percé de deux trous taraudés 33 disposés de part et d'autre de son axe de symétrie. Dans chacun de ces trous est engagé un boulon 34 dont l'extrêmité libre dépasse l'extérieur de l'excentrique pour servir d'axe à un pignon 35 qui est constamment en prise avec la denture extérieure 32 de la douille 31 et une denture intérieure que présente un organe concentrique 36 monté fou sur le dit arbre.
Les pignons 35 sont placés avec un certain jeu axial entre les faces en regard de l'excentrique 30 et de l'organe concen- trique 36, de façon à pouvoir tourner sur leurs axes res- pectifs dès que l'une des dentures extérieure ou intérieure
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subit une déviation angulaire par rapport à l'autre.
L'excentrique 30 est retenu axialement par une rondelle 37 et un écrou 38 vissé sur l'arbre 1.
La liaison entre l'excentrique 30 et le piston double 11 du tiroir est réalisée de la même façon que celle existant entre le dispositif d'excentrique 15,16 et le piston-moteur 5 de la machine. 42 désigne le collier dans lequel peut tourner librement l'excentrique 30. 43 est le cadre muni de guides pour le déplacement latéral du dit collier et pouvant lui-même se déplacer verticalement dans une partie 44 du carter. 45 désigne le bossage central en saillie sur le cadre et dans lequel est logée l'extrémité libre 46 de la tige du piston-tiroir, 48 est un écrou à chapeau vissé sur le bossage, et 49 est le ressort à boudin placé entre l'extrêmité de la tige du piston-tiroir et le dit écrou.
Le déplacement angulaire de l'excentrique extérieur mobile 16 sur l'excentrique intérieur fixe 15 'du piston moteur est commandé par un dispositif comprenant un manchon 50 claveté sur l'arbre 1 et portant deux guides à cheville fixes 51 disposés de part et d'autre et parallè- lement à l'axe du dit arbre, une douille 52 montée folle sur l'arbre et présentant un filet mâle à pas rapide 53, et un manchon 54 pouvant se déplacer axialement le long des guides 51 et présentant un filet femelle par lequel il est en prise avec le filet mâle de la douille 52. Entre la douille 52 et la bague d'écartement 18 une douille in- termédiaire 55 est interposée sur l'arbre 1.
Sur la douille 55 est monté librement, avec un certain jeuiadial, un disque d'accouplement 56 pré-
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sentant deux oreilles en saillie 57 disposées symétriquement sur le même diamètre et s'engageant dans une glissière ou rainure diamètrale correspondante 58 de la douille 52. Le disque 56 est donc libre de coulisser sur la douille 52 per- pendiculairement à l'axe de l'arbre 1 tout en participant à la rotation de celle-ci. Sur l'autre côté du disque 56 faisant face aux excentriques 15 et 16 de la machine est pratiquée une glissière diamètrale 59 qui est perpendicu- laire au diamètre reliant les deux oreilles 57 du disque.
Dans cette glissière s'engagent deux saillies 60 de l'ex- centrique extérieur mobile 16 disposées sur son axe de symé- trie de façon à ce que cet excentrique puisse coulisser per- pendiculairement à l'axe de l'arbre 1 dans la glissière du disque 56 lorsque celui-ci l'entraîne. L'excentrique exté- rieur mobile 16 se trouve, de ce fait, accouplé à la douille 52 de façon à suivre la rotation de celle-ci et peut, grâce aux glissières croisantes sur les deux côtés du disque 56, se déplacer perpendiculairement à l'axe de l'arbre 1, par rapport à cette douille, pour autant que cela est nécessaire à son mouvement excentrique lors de son déplacement angulaire sur l'excentrique intérieur fixe 15.
Le manchon fileté 54 déplaçable axialement sur les guides 51 coopère avec un levier 61 d'une tringlerie de commande. Ce levier est en forme de fourche dont les deux branches disposées de part et d'autre de l'arbre 1 portant à leur extrémité une goupille fixe s'engageant dans une rainure annulaire 62 du manchon 54.
L'organe concentrique 36 et l'excentrique extérieur mobile 16 du piston moteur sont accouplés de la façon suivante :
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L'excentrique mobile 16 porte sur sa face opposée à l'organe 36 deux pivots fixes 65 disposés de part et d'au- tre de son axe de symétrie et s'étendant parallèlement à l'axe de l'arbre 1. Sur ces deux pivots sont montés libre- ment deux leviers égaux 66 dont les extrémités en regard présentent chacune une denture à segment 67 ayant son centre dans l'axe du pivot 65 et engrenant l'une avec l'autre (voir figure 3). Les extrémités opposées de ces leviers portent chacune une goupille 68 sur lesquelles s'attaquent deux biellettes 69 d'égale longueur qui sont pivotées sur deux goupilles 70 disposées sur un même diamètre de l'organe concentrique 36.
Lors d'une rotation de l'excentrique mo- bile 16 autour de l'excentrique fixe 15, les leviers 66, en suivant le mouvement de l'excentrique 16, tournent en sens opposé sur les pivots 65 ; ce mouvement la ligne reliant les deux pivots 65 subit entre certaines limites un dépla- cement parallèle par rapport à l'organe concentrique 36 dans une direction perpendiculaire à l'axe de l'arbre 1, alors que la distance réciproque des deux goupilles 68 qui peuvent se déplacer le long des arcs décrits par les biellettes 69 ne subit aucun changement important ; le mouvement angulaire de l'excentrique mobile 16 est, de ce fait, transmis de façon correspondante à l'organe concentrique 36.
La machine à piston qui vient d'être décrite peut fonctionner soit comme pompe soit comme moteur hydrau- lique ; son fonctionnement est le suivant :
L'arbre 1 tourne, commandé par un moyen quelcon- que, d'une façon continue toujours dans le même sens et entraîne dans son mouvement de rotation l'excentrique inté-
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rieur fixe 15 et la douille 31 portant la denture exté- rieure 32. L'excentrique mobile 16 et l'organe concentri- que 36 accouplé à ce dernier par les leviers 66 et les biellettes 69 suivent ce mouvement de rotation de façon correspondante.
Les vitesses angulaires de la denture extérieure 32 et de la denture intérieure de l'organe con- centrique 36 étant égales, les pignons 35 participent éga- lement à la rotation autour de l'axe de l'arbre 1 sans tourner sur leur propre axe et entraînent dans leur mouve- ment l'excentrique 30 par l'intermédiaire des boulons 34.
Il s'en suit donc que le dispositif d'excentriques 15,16 du piston moteur et l'excentrique 30 du tiroir de distri- bution tournent normalement à la même vitesse angulaire qui est celle imprimée à l'arbre 1.
Dans ce mouvement, les deux dispositifs d'ex- centriques occupent des positions relatives sur l'arbre 1 qui sont décalées p.ex. de 90 l'une par rapport à l'autre.
Si, par exemple, l'axe d'excentricité résultante des excen- triques 15 et 16 du piston moteur est placé dans le plan de la figure 1, celui de l'excentrique 30 du tiroir de distribution s'étendra dans une direction perpendiculaire à ce plan. Ce décalage réciproque des deux dispositifs d'excentriques a pour effet que le piston double du tiroir 11 reprend sa position moyenne, montrée en figure 1, cha- que fois que le piston moteur 5 de la machine arrive à bout de sa course utile.
C'est ainsi que lors de la course descendante du piston moteur 5 le piston tiroir 11 subira, par exemple, un déplacement vers le haut pour établir la communication entre la chambre de travail 8 du cylindre 6 et la conduite 13 ; quandle piston moteur aura atteint
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la position la plus basse de sa course utile, le piston tiroir reprendra sa position de départ montrée en figure 1 dans laquelle toute communication avec les conduites 13 et 14 est interrompue. Ensuite, lors de la course ascendante du piston moteur 5, le piston tiroir se déplace vers le bas en établissant ainsi la communication entre la chambre de travail 8 du cylindre 6 et la conduite 14, et il repren- dra de nouveau sa position moyenne dès que le piston moteur aura atteint la position la plus élevée de sa course utile.
Le mouvement rotatif de l'arbrelest également imparti au dispositif de commande 50 - 54 ainsi qu'au disque d'accouplement 56 entre ce dispositif et l'excen- trique mobile 16. Supposons que la machine soit utilisée comme pompe et que, pour une vitesse donnée de l'arbre 1, on désire changer le refoulement du piston moteur 5 c.à.d. le volume de la cylindrée 6 ; mobile 16 doit alors, en plus de sa rotation normale autour de l'axe de l'arbre 1, effectuer un certain déplacement angulaire par rapport à cet arbre. Ce déplacement est opéré au moyen du dispositif de commande susmentionné par l'actionnement du levier 61 qui agit sur le manchon fileté 54.
Ce dernier se déplace axialement le long des guides à cheville 51 et, par son filetage à pas rapide, provoque une rotation de la douille 52 et du disque 56 par rapport au dit arbre, ce qui aura pour effet un déplacement angulaire correspondant de l'excentrique mobile 16 sur l'excentrique fixe 15.
Le fonctionnement de la rotation relative des deux excentriques 15 et 16 est clairement mise en évidence dans le diagramme vectoriel de la figure 4. Dans cette figure, OA = e1 représente, à une échelle agrandie, l'ex- centricité de l'excentrique fixe 15 et AB = e2 celle de
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l'excentrique mobile 16 dans leur position figurée en traits pleins, qui correspond à celle représentée dans les fig. 1 et 2. L'excentricité résultante est représentée par le vecteur OB. Si l'on tourne l'excentrique mobile 16 de l'angle [alpha] dans la direction des aiguilles d'une montre, jusque dans la position figurée en pointillé, son excen- tricité sera portée de AB à AC.
Dans cette nouvelle posi- tion l'excentricité résultante est représentée par le vec- teur OC, et l'angle formé par les deux vecteurs OB et OC atteint, en raison de l'égale grandeur des excentricités el et e2, exactement la valeur [alpha]/2. Le déplacement an- gulaire [alpha] de l'excentrique mobile 16 sur l'excentrique donc fixe 15 se traduit/par une déviation de 0(/2.de l'excen- tricité totale du dispositif d'excentriques 15, 16. On se rend compte que cette déviation réduite doit être imprimée simultanément et dans la même mesure à l'excentrique 30 du tiroir de distribution, afin de maintenir constant le déca- lage de 90 entre les deux différents dispositifs d'excen- triques 15,16 et 30.
Cette transmission réduite du mouve- ment angulaire de l'excentrique mobile 16 à l'excentrique 30 est réalisée par les pignons 35 engrénant simultanément avec la denture intérieure de l'organe concentrique 36 et la denture extérieure 32 solidaire de l'arbre 1. De l'excentrique mobile 16 le mouvement angulaire est imparti tout d'abord d'une façon correspondante à l'organe con- centrique 36 dont la denture intérieure se mettra à tour- ner avec une certaine vitesse circonférentielle u par rap- port à la denture extérieure de l'arbre 1. Ce mouvement relatif de la denture intérieure se transmet aux pignons 35 qui commencent à tourner sur leur propre axe en effectuant simultanément un mouvement de rotation autour de la
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denture extérieure 32.
La vitesse circonférentielle de cette dernière rotation qui est de u/2 dans les centres des pignons se transmet par les boulons 34 à l'excentri- que 30.
On conçoit qu'en appliquant des pignons de petits diamètres, la différence entre les rayons r1 et r2 (voir figure 3) peut être réduite à un minimum, ce qui permet de substituer aux vitesses circonférentielles les vitesses angulaires de rotation. Par conséquent, tout dé- placement angulaire de l'excentrique mobile 16 du piston moteur par rapport à l'arbre 1 sera toujours suivi d'un déplacement angulaire réduit de l'excentrique 30, du tiroir de distribution,le rapport de cette réduction étant de deux à un.
Si, par exemple, on fait tourner l'excentrique mobile 16 sur l'excentrique fixe 15 de l'angle o( , l'ex- centrique du tiroir de distribution subira automatiquement un déplacement angulaire dans le même sens qui sera de la grandeur [alpha]/2. Dans cette division angulaire, l'erreur due à la différence des rayons r1 et r2 est insignifiante et peut être compensée par des mesures constructives p.ex. par un jeu approprié entre les dents des pignons 30 et celles des dentures extérieures et intérieures coopérant avec ces pignons.
Il doit être bien entendu que la présente in- vention n'est pas limitée à la forme d'exécution qui vient d'être indiquée, mais qu'elle peut être réalisée suivant toutes variantes basées sur le même principe. C'est ainsi, en particulier, que l'on pourrait remplacer le disque 56 servant d'accouplement entre le dispositif de commande 50 - 54 et l'excentrique extérieur mobile 16 du piston moteur
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par un mécanisme à leviers et biellettes tel qu'il est employé pour l'accouplement de l'excentrique mobile 16 et de l'organe concentrique 36. En outre, la commande du déplacement angulaire de l'excentrique mobile 16 pourrait être réalisé en toute autre manière que celle qui a été indiquée.