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Perfectionnements aux accouplements hydrauliques.
La présente invention concerne les accouplements hydrauliques du type dans lequel de la force est transmise d'un arbre menant à un arbre mené par l'intermédiaire d'une série de cylindres et de pistons que l'un des arbres fait tourner, les pistons comportant des galets qui attaquent une piste de came portée par l'autre arbre, tandis que le mouvement alternatif des pistons pendant la rotation relative des arbres, engendre un écoulement pulsatoire d'un fluide, tel que de l'huile, par la voie de conduits, cet écoulement étant contrôlé par une soupape pour obtenir un obstacle désiré quelconque, et une variation conséquente dans la prise de l'accouplement hydraulique entre les arbres menant et mené.
D'après la présente invention, l'un des arbres, qui peut être l'arbre menant ou l'arbre mené, porte un carter externe formant un réservoir de fluide sans pression, la piste de came possédant un contour ou profil symétrique et étant disposée sur l'intérieur cylindrique de ce carter, extérieurement
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aux pistons et cylindres disposés radialement, qui sont établis dans un carter interne porté par l'autre arbre et monté et tournant dans le carter externe, tandis que le contour de la piste de came et la disposition et le nombre de cylindres et de pistons sont tels que ces pistons exécutent leur mouvement alternatif en équilibre rotatif.
Les cylindres communiquent entre eux par la voie de conduits et d'un creux commun situé dans le carter interne, et les lumières de conduit situées dans ce carter sont commandées par une soupape à lumières. Le carter externe forme une zône de réservoir pour le fluide qui n'est pas soumis à la pression de la pulsation fluide engendrée par les pistons, cette pulsation étant confinée à la zône de compression close formée par les cylindres et leurs conduits de communication.
Des soupapes de retenue sont prévues dans les cylindres, et sont disposées pour s'ouvrir et laisser passer du fluide du réservoir dans les cylindres pour compenser toute fuite de fluide se produisant dans la zône de compression ; ces soupapes remplissent le double rôle de permettre le rechargement de la zône de compression aussi bien par action centrifuge, que par aotion d'aspiration lorsque les pistons se meuvent vers l'extérieur en suivant le contour de la came, ces soupapes évitant ainsi la formation derrière les pistons d'un vide quelconque qui tendrait à empêcher ces pistons de se mouvoir librement vers l'extérieur pour suivre la came. Les pistons peuvent être contrôlés par des ressorts. Le carter interne, ou le carter externe, peut être équipé de palettes propulsives.
Les dessins ci-joints représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une coupe longitudinale centrale de l'accouplement.
La fig. 2 est une vue en bout, la moitié supérieure en
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coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1, tandis que l'autre moitié inférieure montre le mécanisme interne, la plaque de bout du côté droit de la fig. 1 étant enlevée.
La fig. 3 est une vue de détail, partie en coupe et à plus grande échelle, de l'une des soupapes de retenue pour recharger la zone de pression.
La fig. 4 est une vue de détail, en coupe et à plus grande échelle, de la soupape de désaération de la zône de pression.
Dans la construction représentée, le carter externe ou réservoir comprend une enveloppe cylindrique 1 pourvue sur sa surface interne. d'une piste de came 2, l'enveloppe étant boulonnée en 3 entre des plaques de bout 4, 5, dont l'une est reliée à l'arbre 6 qui peut être l'arbre mené. Les plaques de bout sont équipées de paliers à rouleaux ou autres paliers 7, 8, et dans l'un de ces paliers 8 est monté et tourne l'autre arbre 9, qui peut être l'arbre menant. Cet arbre comporte une bride par laquelle il est boulonné en 10 au carter interne 11, dont l'autre côté est pourvu d'un bout d'arbre 12 fixé par les boulons 10 et tournant dans le palier 7 prévu dans l'autre plaque de bout du carter externe. Les deux arbres 6 et 9 sont en alignement et peuvent tourner l'un par rapport à l'autre.
Le carter interne est en forme de cuvette et comporte une série de cylindres 13 disposée radialement et pourvus chacun d'un piston 14 possédant à son extrémité externe un galet 15 disposé pour s'appliquer contre la came 2. Chaque piston est porté sur un axe transversal 16 pourvu sur chaque côté de pièces de guidage 17 coulissant dans des rainures 18 des cylindres. Ces pièces de guidage ont pour but de s'opposer à une poussée oblique exercée sur les pistons et les galets lorsque ces derniers circulent sur la piste de came. Des segments de garniture 19 sont montés dans les pistons, et pour aider les galets de piston à conserver
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un contact d'implication étroit avec la came, des ressorts (non représentés) peuvent être disposés dans les cylindres, sous les pistons.
Mais ces ressorts ne sont pas absolument nécessaires, car l'action centrifuge des pistons se produisurit lorsque l'accouplement marche à des vitesses normales, est tout à fait suffisante pour maintenir les galets en contact, mais à de faibles vitesses et si les pistons ne se trouvent pas sur l'arbre menant, ces ressorts aideront à maintenir le contact jusqu'à ce que l'arbre mené ait atteint une vitesse normale.
Chaque cylindre est pourvu d'une soupape de retenue 20 qui s'ouvre vers l'intérieur et est maintenue fermée par la pression du fluide dans les cylindres lorsque les pistons se meuvent vers l'intérieur dans la course de pression, mais lorsque des fuites de fluide se produisent dans la zône de compression 21, cette soupape s'ouvre vers l'intérieur lors du mouvement du piston vers l'extérieur. Un conduit 23 mène de chaque cylindre, à travers le bossage du carter interne 11, à un creux de soupape 24, les conduits se terminant en forme de lumières dans la paroi du creux, lumières avec lesquelles coopèrent les lumières d'une soupape cylindrique rotative 26 pour commander leur ouverture et leur fermeture et empêcher l'écoulement entre les cylindres.
La tige 27 de cette soupape passe axialement le long d'une percée de l'arbre menant 9, et est garnie en 28, et elle est commandée pour un mouvement rotatif par une fourche attaquant un collet à gorge 29 dont le mouvement de glissement sur l'arbre 9 provoque de manière connue le mouvement angulaire de la soupape au moyen de rainures hélicoïdales 30 prévues dans l'arbre et de rainurea longitudinales 31 prévues dans la tige de soupape 27, un téton 32, fixé dans le collet 29, passant à travers les parties coïncidentes de ces rainures. La soupape 26 est montée et tourne sur la tige de soupape 27 au moyen
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d'une rainure 41 prévue dans la tige, rainure que traversent des clavettes 42 qui attaquent des rainures prévues dans les faces opposées de la soupape.
En conséquence, lorsque le collet glisse le long de l'arbre 9, la soupape 26 tourne et ses lumières sont amenées plus ou moins en regard des conduits 23, ou ferment complètement ces conduits. Le carter interne 11 est pourvu d'une série de palettes propulsives 33, disposées radialement ou d'autre manière équivalente ; ces palettes propulsives s'étendent latéralement sur ce carter et sont disposées de façon à détourner radialement vers l'extérieur l'huile sans pression contenue dans le réservoir. Des ajutages 34, qui peuvent être fermés par des bouchons, sont prévus pour remplir le réservoir d'huile.
En fonctionnement la zone de réservoir externe 22 est alimentée d'huile, pendant qu'elle est stationnaire, approximativement au niveau indiqué en 4-4 (fig. 1), ou d'une quantité telle que lorsque l'accouplement tourne et que l'huile exéoute un tourbillonnement centrifuge vers l'extérieur dans le carter de réservoir 22, aidée par les palettes 33, la surface interne périphérique de l'huile tourbillonnante adopte une position indiquée approximativement par les lignes 3-3. de la fig. 1, et se trouve radialement à l'intérieur des soupapes de cylindre 20 qui sont ainsi toujours baignées.
De petits trous axiaux 35 (fig. 3) sont formés dans les tiges de ces soupapes; ces trous débouchent dans le réservoir et communiquent avec de petits trous transversaux 36 prévus au col de la soupape et menant à des creux 37, qui peuvent être fermés par la tête de soupape quand les pressions de commande règnent. Lorsque les soupapes 20 se soulèvent dans des conditions de recharge, une quantité d'huile peut passer par les trous 35, 36, dans les cylindres, pour remplacer toute perte qui peut s'être produite dans la z8ne de pression.
Comme dans certaines applications de l'accouplement, il
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est essentiel que l'huile contenue dans la zône de pression interne 21 reste libre de tout contenu d'air, qui rendrait la masse compressible dans cette zône, cependant que l'efficacité de l'accouplement dépend de l'incompressibilité du fluide dans cette zône, on peut prévoir des moyens pour permettre l'échappement hors de cette zône de tout faible contenu d'air, bien qu'une semblable disposition ne soit pas absolument nécessaire car, pour une raison exposée dans la suite, cette zône centrale est en général libre d'air.
Dans ce but un très petit trou d'air 38 est formé dans le carter interne, trou contrôlé par un clapet ou autre valve 39 et menant à un plus grand trou 40 prévu dans le bout d'arbre 12, de façon à communiquer ainsi avec le réservoir externe. Si un faible contenu d'air est présent dans la zôné de travail, cet air est expulsé avec une certaine quantité d'huile, par l'action de compression des pistons 14, au-delà du clapet 39 dans le réservoir, et l'air ne retourne pas par les soupapes 20 à la zône de pression, car en raison de l'action centrifuge engendrée dans l'huile tournant dans le carter externe, et du fait des différentes densités de l'air et de l'huile, cette huile déplace tout contenu d'air du réservoir vers sa partie centrale,
de sorte que les soupapes 20 étant baignées par le tourbillon d'huile du réservoir, l'air expulsé de la zône de pression, n'y retourne pas, mais reste dans la partie centrale. De plus, en raison de ce tourbillon centrifuge d'huile, aucune huile ne se trouve dans la partie centrale autour de l'arbre 9, et en conséquence le besoin de garnitures compli- qaées pour l'arbre sortant du carter externe 1, jusqu'ici nécessaires dans les accouplements hydrauliques connus, est supprimé.
En équipant l'accouplement de deux zônes distinctes, une zône de pression interne 21 à laquelle la pulsation de fluide engendrée par les pistons est confinée, et une zône
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de réservoir externe 22, isolée de la zone de pression et libre de pulsation, une action centrifuge sans obstacle peut se manifester dans le réservoir externe, en permettant une recharge de la zone interne avec la partie.d'alimentation fluide effective se trouvant radialement à l'intérieur des soupapes 20. De plus, en raison du refoulement d'air et d'huile hors de la zône interne 21 par la voie des conduits 38 et 40, au réservoir 22, et du retour d'huile du réservoir par les soupapes 20 à la zone interne, il se produit un changement continu d'huile dans la zône de pression.
Dans certaines applications de l'accouplement, il peut ne pas être nécessaire de prévoir des palettes propulsives, mais en général elles seront désirables, et lorsque, comme par exemple dans une commande de tour, les vitesses relatives des éléments menant et mené sont soumises à une différentiation continuelle, les palettes seront toujours disposées sur l'arbre menant pour aider à l'établissement du tourbillon initial d'huile dans le réservoir.
D'autre part, dans les applications où une diffétence entre les vitesses des arbres respectifs ne se produit qu'au démarrage, tandis que les parties respectives de l'accouplement tournent finalement et principalement à l'unisson, les palettes peuvent être disposées de manière que leur effet au démarrage consiste à baratter le contenu d'huile et d'air du réservoir en un mélange qui est chargé dans la zône de pression par les soupapes 20 et assure temporairement une action d'amortissement pour les pistons.
Après démarrage et en raison du cycle normal de la fuite d'huile de la zône de pression et du retour d'huile à cette zone, ce mélange d'huile et d'air se décompose rapidement dans le réservoir sous l'action centrifuge, l'huile de la zône de pression étant finalement
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débarrassée d'air lorsque les vitesses des arbres menant et mené sont approximativement égales.
Le contour de la piste de came et le nombre de pistons et de cylindres sont prévus de manière que les pistons se trouvent toujours en équilibre rotatif lorsqu'ils alternent, Par exemple, avec une came à deux sommets, ou de forme ovale, on peut ne prévoir que quatre pistons, disposés par paires diamétralement opposées, mais on préfère, avec une came ovale du type représenté, employer un nombre pair de pistons supérieur à quatre, l'aotion d'une série de ce genre donnant un couple plus uniforme, tout en assurant l'équilibre rotatif.
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Improvements to hydraulic couplings.
The present invention relates to hydraulic couplings of the type in which force is transmitted from a driving shaft to a driven shaft through a series of cylinders and pistons which one of the shafts rotates, the pistons comprising rollers which attack a cam track carried by the other shaft, while the reciprocating movement of the pistons during the relative rotation of the shafts, generates a pulsating flow of a fluid, such as oil, by way of conduits , this flow being controlled by a valve to achieve any desired obstacle, and a consequent variation in the engagement of the hydraulic coupling between the driving and driven shafts.
According to the present invention, one of the shafts, which may be the driving shaft or the driven shaft, carries an outer casing forming a reservoir of pressureless fluid, the cam track having a symmetrical contour or profile and being arranged on the cylindrical interior of this housing, externally
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to radially disposed pistons and cylinders, which are established in an internal housing carried by the other shaft and mounted and rotating in the external housing, while the contour of the cam track and the arrangement and number of cylinders and pistons are such that these pistons perform their reciprocating motion in rotary equilibrium.
The cylinders communicate with each other by way of conduits and a common hollow located in the internal casing, and the duct lumens located in this casing are controlled by a lumen valve. The outer casing forms a reservoir zone for the fluid which is not subjected to the pressure of the fluid pulsation generated by the pistons, this pulsation being confined to the closed compression zone formed by the cylinders and their communication ducts.
Check valves are provided in the cylinders, and are arranged to open and allow fluid to pass from the reservoir into the cylinders to compensate for any fluid leakage occurring in the compression zone; these valves fulfill the dual role of allowing the recharging of the compression zone both by centrifugal action and by suction when the pistons move outward following the contour of the cam, these valves thus avoiding the formation behind the pistons any vacuum which would tend to prevent those pistons from moving freely outward to follow the cam. The pistons can be controlled by springs. The internal housing, or the external housing, can be equipped with propellant vanes.
The accompanying drawings show, by way of example, one embodiment of the object of the present invention.
Fig. 1 is a central longitudinal section of the coupling.
Fig. 2 is an end view, the upper half in
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section along line 2-2 of fig. 1, while the other lower half shows the internal mechanism, the end plate on the right side of fig. 1 being removed.
Fig. 3 is a detail view, partly in section and on a larger scale, of one of the check valves for recharging the pressure zone.
Fig. 4 is a detail view, in section and on a larger scale, of the pressure zone deaeration valve.
In the construction shown, the outer casing or reservoir comprises a cylindrical casing 1 provided on its inner surface. a cam track 2, the casing being bolted at 3 between end plates 4, 5, one of which is connected to the shaft 6 which may be the driven shaft. The end plates are equipped with roller bearings or other bearings 7, 8, and in one of these bearings 8 is mounted and rotates the other shaft 9, which may be the driving shaft. This shaft has a flange by which it is bolted at 10 to the internal casing 11, the other side of which is provided with a shaft end 12 fixed by bolts 10 and rotating in the bearing 7 provided in the other plate. end of the outer casing. The two shafts 6 and 9 are in alignment and can rotate with respect to each other.
The internal casing is cup-shaped and comprises a series of cylinders 13 arranged radially and each provided with a piston 14 having at its outer end a roller 15 arranged to rest against the cam 2. Each piston is carried on a pin transverse 16 provided on each side with guide pieces 17 sliding in grooves 18 of the cylinders. The purpose of these guide pieces is to oppose an oblique thrust exerted on the pistons and the rollers when the latter circulate on the cam track. Packing rings 19 are mounted in the pistons, and to help the piston rollers retain
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close engagement contact with the cam, springs (not shown) may be disposed in the cylinders, under the pistons.
But these springs are not absolutely necessary, because the centrifugal action of the pistons, which occurs when the coupling is running at normal speeds, is quite sufficient to keep the rollers in contact, but at low speeds and if the pistons do not. are not on the driveshaft, these springs will help maintain contact until the driven shaft has reached normal speed.
Each cylinder is provided with a check valve 20 which opens inward and is held closed by the pressure of the fluid in the cylinders as the pistons move inward in the pressure stroke, but when leaks. of fluid occur in the compression zone 21, this valve opens inward during the movement of the piston outward. A duct 23 leads from each cylinder, through the boss of the internal casing 11, to a valve hollow 24, the conduits terminating in the form of slots in the wall of the hollow, slots with which the slots of a rotary cylindrical valve cooperate. 26 to control their opening and closing and prevent flow between the cylinders.
The rod 27 of this valve passes axially along a breakthrough of the driving shaft 9, and is lined at 28, and it is controlled for a rotary movement by a fork attacking a grooved collar 29 whose sliding movement on the shaft 9 causes in a known manner the angular movement of the valve by means of helical grooves 30 provided in the shaft and longitudinal grooves 31 provided in the valve stem 27, a stud 32, fixed in the collar 29, passing through through the coincident parts of these grooves. The valve 26 is mounted and rotates on the valve stem 27 by means of
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a groove 41 provided in the stem, a groove through which keys 42 which attack grooves provided in the opposite faces of the valve.
Consequently, when the collar slides along the shaft 9, the valve 26 rotates and its ports are brought more or less opposite the conduits 23, or completely close these conduits. The internal casing 11 is provided with a series of propellant vanes 33, arranged radially or in another equivalent manner; these propellant vanes extend laterally on this housing and are arranged so as to divert the pressureless oil contained in the reservoir radially outwards. Nozzles 34, which can be closed with plugs, are provided for filling the oil tank.
In operation the external reservoir zone 22 is supplied with oil, while it is stationary, approximately at the level indicated in 4-4 (fig. 1), or of an amount such as when the coupling rotates and the As the oil exerts a centrifugal swirl outwardly in the tank housing 22, aided by the vanes 33, the peripheral inner surface of the swirling oil assumes a position indicated approximately by lines 3-3. of fig. 1, and is located radially inside the cylinder valves 20 which are thus always bathed.
Small axial holes 35 (Fig. 3) are formed in the stems of these valves; these holes open into the reservoir and communicate with small transverse holes 36 provided in the neck of the valve and leading to recesses 37, which can be closed by the valve head when the control pressures prevail. As the valves 20 lift up under recharging conditions, an amount of oil can pass through the holes 35, 36, in the cylinders, to replace any loss which may have occurred in the pressure zone.
As in some mating applications, it
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is essential that the oil contained in the internal pressure zone 21 remains free of any air content, which would make the mass compressible in this zone, while the efficiency of the coupling depends on the incompressibility of the fluid in this zone. zone, one can provide means to allow the escape out of this zone of any low air content, although a similar arrangement is not absolutely necessary because, for a reason explained below, this central zone is in general free of air.
For this purpose a very small air hole 38 is formed in the internal housing, a hole controlled by a valve or other valve 39 and leading to a larger hole 40 provided in the shaft end 12, so as to communicate with the external tank. If a low air content is present in the working area, this air is expelled with a certain quantity of oil, by the compressive action of the pistons 14, beyond the valve 39 in the tank, and the air does not return through the valves 20 to the pressure zone, because due to the centrifugal action generated in the oil rotating in the outer casing, and due to the different densities of air and oil, this oil moves any air content from the tank to its central part,
so that the valves 20 being bathed by the vortex of oil from the reservoir, the air expelled from the pressure zone does not return there, but remains in the central part. In addition, due to this centrifugal oil vortex, there is no oil in the central part around the shaft 9, and therefore the need for complicated seals for the shaft coming out of the outer casing 1, until here necessary in known hydraulic couplings is omitted.
By equipping the coupling with two distinct zones, an internal pressure zone 21 to which the fluid pulsation generated by the pistons is confined, and a zone
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external tank 22, isolated from the pressure zone and free of pulsation, an unimpeded centrifugal action can be manifested in the external tank, allowing recharging of the internal zone with the effective fluid supply part lying radially to the side. inside the valves 20. In addition, due to the discharge of air and oil out of the internal zone 21 via the conduits 38 and 40, to the tank 22, and the return of oil from the tank via the valves 20 to the internal zone, there is a continuous change of oil in the pressure zone.
In some applications of the coupling, it may not be necessary to provide propellant vanes, but in general they will be desirable, and when, as for example in a turn control, the relative speeds of the driving and driven elements are subject to. With continual differentiation, the vanes will always be arranged on the drive shaft to help establish the initial vortex of oil in the reservoir.
On the other hand, in applications where a diffetence between the speeds of the respective shafts only occurs at start-up, while the respective parts of the coupling ultimately and mainly rotate in unison, the paddles can be arranged in such a manner. that their effect at start-up is to churn the oil and air content of the reservoir into a mixture which is charged into the pressure zone by the valves 20 and temporarily provides a damping action for the pistons.
After start-up and due to the normal cycle of oil leakage from the pressure zone and oil return to this zone, this mixture of oil and air decomposes rapidly in the tank under centrifugal action, the oil of the pressure zone being finally
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cleared of air when the speeds of the driving and driven shafts are approximately equal.
The contour of the cam track and the number of pistons and cylinders are provided so that the pistons are always in rotary equilibrium when they alternate, For example, with a cam with two vertices, or with an oval shape, one can provide only four pistons, arranged in diametrically opposed pairs, but it is preferred, with an oval cam of the type shown, to use an even number of pistons greater than four, the combination of a series of this kind giving a more uniform torque, while ensuring rotary balance.