Mécanisme à engrenages, susceptible d'être utilisé comme pompe, compresseur; moteur ou simple organe de transmission. La présente invention a pour objet un mé canisme à engrenages, susceptible d'être utilisé comme pompe, compresseur, moteur ou simple organe de transmission. Ce mécanisme est caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois éléments d'engrenage, hélicoïdaux et in térieurs les uns aux autres, dans chaque groupe de deux dentures en prise la denture enveloppée ayant un filet de moins que la denture enveloppante, chaque filet de la den ture enveloppée étant, en outre, dans chaque section transversale, constamment en contact avec la denture enveloppante et les pas, cons tants ou non, des hélices de ces dentures étant, dans chaque section droite, dans les rapports des nombres de filets desdites den tures.
De préférence, les éléments s'enveloppent directement les uns les autres, chacun de ces éléments ayant un filet de plus que celui qu'il enveloppe immédiatement, chaque filet étant, en outre, dans chaque section transver- sale, constamment en contact avec l'élément qui le contient immédiatement et les pas, constants ou non, des hélices de tous les élé ments étant, dans chaque section droite, dans les rapports des nombres de filets de chacun de ces éléments.
Grâce à l'association d'au moins trois éléments, on peut obtenir, notamment, un débit plus grand, pour un même encombre ment, une construction plus simple et un équilibrage meilleur.
Le dessin annexé montre, à titre d'exem ples, quelques formes d'exécution du méca nisme selon l'invention: La fig. 1 est une coupe longitudinale. sui vant la ligne 1-1 de la fig. 2, d'une pre mière forme d'exécution du mécanisme; La fig. 2 est une coupe transversale sui vant la ligne 2-2 de la fig. 1; Les fig. 3 et 4 sont des schémas géomé triques, à plus grande échelle, montrant des positions différentes prises par les trois élé- mente hélicoïdaux à la suite de l'entraîne ment en rotation de l'élément central;
La fig. 5 représente les profils conjugués d'engrenages d'une seconde forme d'exécution du mécanisme; La fig. 6 représente une autre famille de profils conjugués que présente une troi sième forme d'exécution du mécanisme; La fig. 7 représente, en coupe longitudi nale, une variante d'exécution du mécanisme de la fig. 1; La fig. 8 représente un mode de guidage des éléments du mécanisme de la fig. 1; La fig. 9 représente les cercles primitifs des engrenages droits de guidage;
Les fig. 10 et 11 représentent d'autres formes d'exécution du mécanisme suivant l'invention.
La première forme d'exécution du méca nisme représentée aux fig. 1 et 2 comporte trois éléments d'engrenages hélicoïdaux 1, 2, 3 intérieurs l'un à l'autre. L'élément extérieur 3 comporte trois filets, l'élément intermé diaire 2 en comporte deux, et l'élément cen tral 1 n'a qu'un filet. Les pas des filets sont constants et sont dans les rapports respectifs de trois, deux, un. L'hélicoïde extérieur 3 fait au moins un tour, ce qui est nécessaire pour l'étanchéité du groupe 2, 3. L'hélicoïde in terne 1 est porté par un, arbre 5 qui repose, à ses extrémités, dans des paliers 6, mais l'un des paliers pourrait être supprimé.
L'élément intermédiaire 2 est entièrement fou en rota tion et maintenu par butée à chaque extré mité par des rondelles 7, 8 portées par l'élé ment central 1. L'élément extérieur 3 est fige. Il est logé dans ou vient de matière avec le carter 9 qui comporte en 10 et 11 des rac cords destinés à l'entrée ou à la sortie du fluide soit moteur, soit transporté par le mé canisme.
Les éléments hélicoïdaux 1, 2, 3 peuvent être exécutés en un matériau quelconque.
Un ou plusieurs de ces éléments peuvent être construits en matériaux élastiques (caout chouc par exemple) pour assurer une meilleure étanchéité et une lubrification meilleure dans le cas de l'eau, par exemple. L'élément intermédiaire 2, qui est très mince, peut être construit, par exemple, par emboutissage ou par dépôt galvanique sur un moule de forme appropriée.
Par l'examen des fig. 3 et 4, dans les quelles les éléments hélicoïdaux sont repré sentés schématiquement par leurs sections droites faites en un point quelconque de leur longueur, ces sections étant réduites aux courbes de base, on voit immédiatement que si l'on fait tourner la section de l'élément central 1 autour de la trace 0' de l'axe de cet élément, -par exemple dans le sens de la flè che<B><I>f</I></B> (fig. 3), le centre 0' de la section droite de l'élément intermédiaire 2 tourne autour du centre 0' en sens inverse (flèche f2),
tandis que cette section droite de l'élément 2 tourne autour de son propre centre OZ dans le même sens (flèche<B>f').</B> En comparant les fig. 3 et 4, on voit que lorsque l'élément 1 passe, par exemple, à la position 1' après une rotation x de 90 dans le sens de la flèche<B>f',</B> l'élément 2 est venu en 2', son centre étant venu en 0'2 par une rotation y autour de 0' dans le sens de la flèche f2 et cette section ayant tourné de z dans le sens f 3 autour de 0'2.
En définitive, on voit donc que la rota tion de l'élément 1 provoque une rotation de l'élément 2 qui, du même coup, subit un déplacement angulaire par rapport à l'élé ment extérieur fige 3.
Ce qui est vrai pour une section droite l'est pour toutes.
En définitive, chaque groupe de deux élé ments 1, 2 et 2, 3 constitue un engrenage dé terminant des cavités closes qui, sans le moin dre déplacement longitudinal des éléments se déplacent axialement pendant la rotation en transportant leur contenu d'une extrémité à l'autre de l'engrenage, de telle sorte que ce dernier peut être utilisé comme pompe, com presseur, moteur ou simple organe de trans mission. Les débits du fluide circulant dans les deux groupes précités s'additionnent.
On voit que le débit est plus grand pour un encombrement sensiblement égal que s'il n'y avait qu'un seul engrenage à deux élé ments; qu'il n'y a besoin d'aucune liaison élastique, par joints de cardan, ou autres; que les à-coups dus à la rotation excentrée de l'axe de l'élément 2 sont réduits parce que cette pièce est creuse et peut être légère et parce que la rotation de son centre de gravité est à vitesse réduite (la moitié de celle de l'élément 1 dans l'exemple décrit).
Les fig. 5 et 6 représentent des exemples de profils qui peuvent être employés pour la construction des engrenages de formes d'exé cution du mécanisme selon l'invention. A la fig. 5, on a représenté une section droite d'une famille d'engrenages dont les éléments 1, 2, 3 ont deux, trois et quatre filets hélicoïdaux.
Les cercles primitifs Cl, C2, Cs de ces éléments I , 2, .3 ont des diamètres dans les rapports de deux, trois et quatre et les profils de base Pl, P2, P3 de ces profils sont formés par des épicycloïdes el, e2, es raccordées à des hypo cycloïdes<I>hl,</I> h2, hg, dont les cercles généra teurs ci, c2, es roulant sur les cercles<B>ci,</B> C2, Cs ont un diamètre égal aux excentricités égales Ol, Oz, 03 entre ces cercles.
L'élément 1 est plein.
Pour obtenir une épaisseur pour l'élément 22 <B>,</B> l'on prend comme profil extérieur de cet élément 2, l'enveloppe d'un petit cercle r2 roulant sur le profil de base P2 de cet élé ment 2.
Quant à l'élément extérieur 3, son épais seur est comprise entre les enveloppes de deux cercles R.s et r3 roulant sur le profil de base P3, ou, ce qui revient au même ainsi qu'on peut le démontrer facilement, entre l'enve loppe du cercle r3 roulant sur le profil de base P3 et l'enveloppe d'un cercle r'3 roulant sur ladite enveloppe du cercle r3.
A la fig. 6, on a représenté une section droite d'une famille d'engrenages dont les éléments hélicoïdaux 1, 2, 3, 4 sont, respecti vement, à un, deux, trois et quatre filets hé licoïdaux. Les cercles primitifs Cl, C2. Cs, C4 des éléments 1, 2, 3, 4 ont des diamètres dans les rapports de un, deux, trois et quatre.
Une particularité de la disposition représentée est que les cercles primitifs Cl, Cs des éléments 1 et 3 à nombre impair de filets ont leurs cen- tres 0' et 03 confondus, et il en est de même pour les centres 02 et 04 des cercles primitifs C2, C4 des éléments 2 et 4 à nombre pair de filets.
Les courbes de base sont constituées par des hypocycloïdes: hl (réduite<B>*</B> au point 0'), 1z2 (une droite), h3, h4, dont les cercles généra teurs, non représentés, roulant dans les cercles primitifs Ci, C2, <B><I>CI</I></B>, C4 ont un rayon égal à l'excentricité desdits cercles primitifs.
L'élément 1 est plein et construit en fai sant rouler autour du point de base (0I sur la figure) un petit cercle.
Les épaisseurs des éléments 2, 3, 4 sont obtenues comme dans l'exemple précédent en faisant rouler sur les hypocycloïdes h2, h3, h4: pour l'élément 2, des cercles ou roulettes r2 et R2 sur l'hypocycloïde h2, le rayon du cercle r2 étant égal à celui du petit cercle qui a servi à déterminer l'élément 1; pour l'élément 3, des cercles ou roulettes r3 et R3 ;
pour l'élément 4, des cercles ou roulettes r4 et R4 (ou r4 et r'4).
La fig. 7 représente un mécanisme ana logue à celui de la fig. 1, mais avec des engre nages coniques.
Les caractéristiques des engrenages que comprennent les mécanismes décrits sont les pas p, l'excentricité e des cercles primitifs et les diamètres d des petits cercles tels que <I>ri, r2,</I> r' (fig. 5) dont les enveloppes détermi nent les profils P', P2, P3...
Dans la forme d'exécution de la fig. 7, les cônes sont obtenus par variation longitu dinale (c'est-à-dire d'une section droite à la section droite suivante) d'un diamètre d de chaque élément 1, 2, 3. On sait que dans un tel mécanisme les axes des engrenages sont parallèles.
On pourrait également concevoir une va riation longitudinale de l'excentricité e des cercles primitifs et, dans ce cas, on sait que les axes ne seraient plus parallèles. Ces deux mécanismes (à d ou e variable le long du mécanisme) permettent, comme on le sait, une variation des sections transversales des ca- vités closes ménagées entre les éléments des engrenages, ce qui permet, suivant le sens du déplacement, dans le cas d'un fluide com pressible contenu dans lesdites cavités, soit la compression, soit la détente de ce fluide.
On sait qu'on pourrait aussi faire varier les susdites sections par une variation du pas p ou, simultanément, de<I>p</I> et<I>e, p</I> et<I>d,</I> e et <I>d,</I> ou encore<I>p, e, d.</I> Ces variations peuvent longitudinalement suivre une loi quelconque.
La fig. 8 montre que des groupes de trois éléments 1, 2, 3 (ou plus) peuvent être gui dés par des engrenages à nombre quelconque de petites dents de profil usuel ayant mêmes cercles primitifs. L'exemple de guidage re présenté s'applique aux mécanismes repré sentés aux fig. 1 et 5. L'élément 1 porte, en bout, un pignon 12 qui roule dans une cou ronne 13 solidaire dé l'élément 2 de même qu'un pignon 14, de même cercle primitif. Ce dernier pignon engrène avec une couronne 15, à denture intérieure, solidaire de l'élément fixe 3.
Pour donner plus de clarté aux fig. 8, 9 ainsi qu'aux suivantes, les éléments 1, 2, 3 y sont représentés par des cylindres de dia mètres égaux aux cercles primitifs de chacun d'eux.
A la fig. 10, on a représenté un méca nisme à trois éléments 1, 2, 3 ayant respecti vement un, deux et trois filets. L'élément 3 est fixe, l'élément 2 est fou sur un arbre vilebrequin 16 et l'élément 1 est commandé par son axe 5.
On peut donner aux éléments 1 et 2 des vitesses quelconques, de même sens ou non; les débits des groupes 1, 2 et 2, 3 peuvent s'ajouter ou se retrancher. On comprend aisé ment qu'un tel mécanisme peut servir, à vo lonté, de pompe, de compresseur, de moteur ou de simple organe de transmission et aussi simultanément à plusieurs de ces usages.
Enfin, à la fig. 11, on a représenté un mécanisme à quatre éléments 1, 2, 3, 4 ayant la disposition représentée schématiquement à la fig. 6. Il se compose d'éléments concentri ques 1 et 3 à un et trois filets et d'éléments 2, et 4 également concentriques à deux et quatre filets. Des poulies de commande 17, 18, 19, 20 sont montées chacune sur un élé ment.
Les débits de ce mécanisme, utilisé comme pompe, compresseur ou moteur, s'additionnent et les vitesses des poulies étant dans les rap ports des chiffres 4, 3, 2, 1, pourraient être employées comme transmissions de vitesses. Il est clair que -des mécanismes des types représentés aux fig. 10 et 11, mais de plus en plus compliqués, pourraient comporter un nombre quelconque d'éléments hélicoïdaux à n, n + <I>1,</I> n + 2... filets.
Tous ces mécanismes d'au moins trois éléments hélicoïdaux intérieurs les uns aux autres jouissent de toutes les propriétés des mécanismes analogues à deux engrenages et peuvent être utilisés comme pompes, compres seurs, moteurs, ou simples organes de trans mission.
Plusieurs de ces mécanismes peuvent, à leur tour, être groupés en série, en parallèle, en étoile, etc.