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COMPTEUR, POMPE OU MOTEUR DU TYPE VOLUMETRIQUE A PISTONS ROTATIFS
ET A ENGRENAGE.
La présente invention concerne un compteur,pompe ou mo- teur du type volumétrique à pistons rotatifs.
Il existe trois groupes d'appareils de ce genre.
Dans un premier groupe, on trouve des machines à pistons rotatifs lisses à deux ou plusieurs cames, 1?un des pistons étant menant et l'autre mené quand il s'agit d9une pompe ou compresseur, chacun étant alternativement menant ou mené lorsqu?il s'agit d'un compteur ou d'un mo- teur.
Dans ce type d9appareils, les profils doivent se rappro- cher le plus possible des profils conjugués, les pistons pouvant être à deux ou plusieurs cames, les deux pistons pouvant ne pas être identiques.
Il arrive même que dans des appareils de ce groupe, les pitsons ont une forme approximative d'engrenage.
Dans de tels appareils, les profils sont éloignés des pro- fils conjugués par suite du jeu de fonctionnement qu'il faut laisser; des glissements et arc-boutements se produisent en certains points., et il n' est pas possible de transmettre d'energie.
Dans les appareils du deuxième groupe, on a essayé d'obvier à une partie de ces inconvénients. Dans ces appareils on a monté sur 1?axe de chaque piston rotatif des engrenages en prise, engrenages précis permettant de transmettre de 1?énergie et donnant la réversibilité.
Cependant, les pistons rotatifs eux-mêmes sont calculés avec un certain jeu, ce qui est un inconvénient grave, surtout pour les compteurs où les fuites ont une grande Importance. et ce jeu est également une cause d' usure.
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On a même quelquefois prévu des roues d'engrenage à dents fle- xibles pour permettre un meilleur engrènement des pistons rotatifs -eux-mêmes.
Dans certains cas, les profils des pistons eux-mêmes ont subi expérimentale- ment, en certains points des amincissements ou des épaississements, en vue d'un meilleur contact.
Enfin., dans le troisième groupe, on a essayéde remédier aux inconvénients ci-dessus en plaçant des dents d'engrenage sur les profils mêmes des cames des pistons rotatifs.
C9est à ce groupe qu'appartient l'appareil, objet de la présente invention.
Il existe des appareils de ce type à deux pistons rotatifs, ayant deux ou plusieurs sommets.
Dans des dispositifs connus, à deux sommets, les pistons ro- tatifs sont des ovales ressemblant à des ellipses tournant autour de leur centre et non de leur foyer.
Il s'ensuit que lorsque l'on place sur ce profil ovale les petites dents d'engrenage prévues, l'usinage en est difficile et la préci- sion de l'engrenage n'est pas bonne puisque les courbes ne sont pas mathé- matiquement conjuguées.
La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvé- nients et d'obtenir des profils mathématiquement conjugués avant l'adjonc- tion de dents d'engrenage.
Le type d'appareils couverts par la présente invention comporte deux pistons rotatifs formés de deux cames en coeur de profil mathématiquement conjugués et dentés roulant l'un sur l'autre et limitant un volume parfaitement déterminé pour la rotation complète de chacun des pistons, la formule mathématique générale de conjugaison étant
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La Figo 1 représente un exemple de rotor à plusieurs som- metso
Les Figs. 2 à 5 représentent respectivement : - la Figa 2., l'ensemble de l'appareil avec ses deux pistons à profil de came en coeur - la Fig. 3 donne la figure géométrique indiquant les an- gles permettant d'arriver au calcul théorique.
- la Figo 4 donne la courbe de variation de l'angle d'un rotor en fonction de l'autre.
- la Fig. 5 donne la courbe théorique en entier.
- La Fige 6 représente la disposition d'usinage.
L'on voit, sur la Fig.2, l'enveloppe 1 du compteur. les deux axes 2 et 2' des pistons rotatifs 3 et 3', ayant chacun deux cames en coeur 4-5, 4'-5'. Sur la périphérie des rotors sont venues soit di- rectement de moulage, soit par usinage des dents d'engrenage 6-6',
L'entrée du fluide se fait par 7, la sortie par 8.
D'une manière connue, les volumes engendrés, entrant et sortant, sont égaux et identiques par tour.
Sur la Figo 3, l'on voit les deux pistons rotatifs 3 et 3' tournant autour des axes 2 et 2', la distance 0-0', étant égale à a + bo
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0 et 01 sont les angles correspondant à deux positions qui viendront en engrènement sur la ligne des centres et sont comptés à partir du grand axe de chacun des pistons # et P1 sont les rayons vecteurs correspondants.
La formule générale des profils conjugués est ici :
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La fonction 9 = f (#1) doit être contenue dans la partie hachurée de la Fig. 4, courbe représentant les variations de l'angle # en fonction de #1. Les tangentes aux points d'inflexiom [alpha], ss, [gamma]étant par- faitement déterminées lorsque le rapport : longueur du petit axe est fixe.
-longueur du grand axe est fixée
Ce rapport est déterminé avec le souci d'éviter des accélé- rations importantes au cours de la rotation des cameso
La courbe 6- = f (#1) est périodique le long de la droite [alpha], ss, [gamma] et l'élément de base (l'arc [alpha] ss [gamma]) possède ss comme centre de symétrie.
La portion [alpha] ss peut être: 1 - soit 1?ensemble de deux segments de droite [alpha] et ss 2 - soit un arc de sinusoide, 3 - soit un arc de circonférence 4 - soit une courbe de degré supérieuro
Dans le cas particulier exposé, on a une portion de cour- be du 3ème degré, ce qui conduit, pour le profil primitif, à la formule suivante :
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Seule la partie tracée en trait plein de la Fig. 5 est conservée pour réaliser le quart de profil définitif.
On a complété sur cette Fig. 5, le piston rotatif en tracent les 4 arcs de profil correspondants (en trait mixte)..
Lorsque le profil ¯est calculé et dans le but de favoriser l'usinage des pièces ou des moules., la courbe primitive théorique est rem- placée par des arcs de circonférence,, à raison de deux arcs par quart de piston.
Sur la Fig. 6, on voit un quart d'un profil de piston rotatif comportant quatre trous 01 et 02. P1 et P2' centrés sur la même droite, ces quatre trous servant pour l'usinage 01 centre de ABC, 02 cen-
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tre de CDE.
Un des avantages de la méthode est que, pratiquement, la courbe théorique est déjà elle-même extrêmement voisine de ces deux arcs de circonférence., La différence n'excède pas un centième de millimètre.
Le profil trouvé sert de profil primitif. On porte de part et d'autre des profils parallèles, espacés de la hauteur des dents choisies et l'on ob- tient ainsi des pistons rotatifs en forme de double came en coeur ayant des dents à la périphérie, comme indiqué sur la Fig. 2.
Les pistons rotatifs.. dont on n'a représenté que les sec- tions sur la Fig. 2, auront une certaine épaisseur de façon à déterminer les volumes et les débits désiréso
Un des avantages de 1?invention est. que pour un même pro- fil de piston rotatifon peut avoir des volumes et des débits différents suivant les hauteurs, pour une même vitesse de rotation. On peut même ob- tenir des calibres différents dappreils en sectionnant en plusieurs parties , des pistons rotatifs qui sont fabriqués sur une hauteur plus grande que dé- sirée. Ces pistons rotatifs peuvent être obtenus, soit par moulage et usina- ge, soit directement par moulage ou directement par usinage.
Un des avantages du profil est que les pièces sont démoula- bles et peuvent être obtenues directement à la cote en matière plastique.
Les pistons qui ont une certaine hauteur peuvent ne pas être massifs, être ajourés et comporter des bras.
Sur la fig. 4,. on trace la courbe de la fonction théorique qui doit rester à l'intérieur de la partie hachurée avec un seul arc dans chaque triangle hachuré. L'on peut prévoir des courbes à sommets multiples, ce qui donnera des pistons à trois ou plusieurs cames en coeur, etc...
Le présent dispositif peut être appliqué à tout fluide, liquide ou gazeux, et à tout type d'appareils hydrauliques, moteurs., pompe ou compteur. Dans ce dernier cas,, 1?un des pistons rotatifs porte un moyen quelconque.. magnétique ou mécaniqueentraînant le totalisateur.
Ce type de compteur peut présenter l'avantage d'un démon- tage extrêmement facile et son utilisation pour des liquides variés, en particulier les liquides alimentaires qui nécessitent un nettoyage quoti- dien.
Le type de dents d'engrenage que l'on place sur le profil théorique peut être d'un type quelconque. Il a été prévu de remplacer le profil théorique de la Fig. 6 par deux arcs de cercle. Ces deux arcs de cercle peuvent être tangents ou séquentso La précision étant du même ordre.
On ne sort pas du domaine de l'invention.. si on applique des procédés équivalents à ceux décrits, en vue d'obtenir un dispositif ayant la caractéristique indiquée, c'est-à-dire, machine hydraulique com- portant des pistons rotatifs en forme de cames en coeur ayant des profils mathématiquement conjugués exacts, grâce à remploi de la fonction
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ces profils partant des dents d'engrenage.
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VOLUMETRIC TYPE METER, PUMP OR MOTOR WITH ROTATING PISTONS
AND GEAR.
The present invention relates to a counter, pump or motor of the positive displacement type with rotary pistons.
There are three groups of such devices.
In a first group are machines with smooth rotary pistons with two or more cams, one of the pistons being leading and the other driven when it is a question of a pump or compressor, each being alternately leading or driven when it is involved. it is a counter or a motor.
In this type of apparatus, the profiles must come as close as possible to the conjugate profiles, the pistons possibly having two or more cams, the two pistons possibly not being identical.
It even happens that in devices of this group the pitsons have an approximate gear shape.
In such devices, the profiles are removed from the conjugate profiles owing to the operating clearance that must be left; slips and overhangs occur at certain points, and it is not possible to transmit energy.
In the devices of the second group, attempts have been made to overcome some of these drawbacks. In these apparatuses, engaged gears, precise gears for transmitting energy and providing reversibility, have been mounted on the axis of each rotary piston.
However, the rotary pistons themselves are calculated with a certain clearance, which is a serious drawback, especially for meters where leakage is of great importance. and this play is also a cause of wear.
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Flexible toothed gear wheels have sometimes even been provided to allow better engagement of the rotary pistons themselves.
In certain cases, the profiles of the pistons themselves have undergone experimentally, at certain points, thinning or thickening, with a view to better contact.
Finally, in the third group, attempts have been made to overcome the above drawbacks by placing gear teeth on the actual profiles of the cams of the rotary pistons.
It is to this group that the apparatus, object of the present invention, belongs.
There are devices of this type with two rotary pistons, having two or more vertices.
In known devices, with two vertices, the rotary pistons are ovals resembling ellipses rotating around their center and not their focus.
It follows that when the small gear teeth provided are placed on this oval profile, machining is difficult and the precision of the gear is not good since the curves are not mathematical. matically conjugated.
The object of the present invention is to overcome these drawbacks and to obtain mathematically conjugated profiles before the addition of gear teeth.
The type of apparatus covered by the present invention comprises two rotary pistons formed of two cams in the middle of mathematically conjugated profile and toothed rolling one on the other and limiting a perfectly determined volume for the complete rotation of each of the pistons, the general mathematical conjugation formula being
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Figo 1 shows an example of a rotor with several som- metso
Figs. 2 to 5 respectively represent: - Figa 2., the entire apparatus with its two heart-shaped cam profile pistons - Fig. 3 gives the geometrical figure indicating the angles allowing to arrive at the theoretical calculation.
- Fig. 4 gives the curve of variation of the angle of one rotor as a function of the other.
- Fig. 5 gives the theoretical curve in full.
- Fig. 6 represents the machining arrangement.
We see in Fig.2, the casing 1 of the meter. the two axes 2 and 2 'of the rotary pistons 3 and 3', each having two cams in heart 4-5, 4'-5 '. On the periphery of the rotors came either directly from molding, or by machining the gear teeth 6-6 ',
The fluid enters through 7, the outlet through 8.
In a known manner, the volumes generated, entering and leaving, are equal and identical per revolution.
In Figo 3, we see the two rotary pistons 3 and 3 'rotating around the axes 2 and 2', the distance 0-0 ', being equal to a + bo
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0 and 01 are the angles corresponding to two positions which will mesh on the line of centers and are counted from the major axis of each of the pistons # and P1 are the corresponding vector radii.
The general formula for conjugate profiles is here:
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The function 9 = f (# 1) must be contained in the hatched part of Fig. 4, curve representing the variations of the angle # as a function of # 1. The tangents at the points of inflexiom [alpha], ss, [gamma] being perfectly determined when the ratio: length of the minor axis is fixed.
-length of the major axis is fixed
This ratio is determined with the concern to avoid significant acceleration during the rotation of the cams.
The curve 6- = f (# 1) is periodic along the line [alpha], ss, [gamma] and the base element (the arc [alpha] ss [gamma]) has ss as its center of symmetry .
The portion [alpha] ss can be: 1 - either 1? Set of two straight line segments [alpha] and ss 2 - or an arc of sinusoid, 3 - or an arc of circumference 4 - or a curve of greater degree o
In the particular case presented, we have a portion of the curve of the 3rd degree, which leads, for the primitive profile, to the following formula:
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Only the part drawn in solid lines in FIG. 5 is kept to achieve the final quarter profile.
In this FIG. 5, the rotary piston draws the 4 corresponding profile arcs (in phantom).
When the profile ¯ is calculated and in order to favor the machining of parts or molds, the theoretical pitch curve is replaced by arcs of circumference, at the rate of two arcs per quarter piston.
In Fig. 6, we see a quarter of a rotary piston profile comprising four holes 01 and 02. P1 and P2 'centered on the same straight line, these four holes serving for machining 01 center of ABC, 02 center
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be of CDE.
One of the advantages of the method is that, in practice, the theoretical curve itself is already extremely close to these two arcs of circumference. The difference does not exceed one hundredth of a millimeter.
The profile found serves as the primitive profile. Parallel profiles are carried on either side, spaced apart by the height of the chosen teeth, and thus rotary pistons in the form of a double heart-shaped cam having teeth at the periphery are obtained, as shown in FIG. 2.
The rotary pistons, of which only the sections have been shown in FIG. 2, will have a certain thickness in order to determine the desired volumes and flow rates
One of the advantages of the invention is. that for the same rotary piston profile, one can have different volumes and flow rates depending on the heights, for the same speed of rotation. It is even possible to obtain different calibers of airplanes by cutting into several parts, rotary pistons which are manufactured to a height greater than desired. These rotary pistons can be obtained either by molding and machining, or directly by molding or directly by machining.
One of the advantages of the profile is that the parts are demouldable and can be obtained directly from the dimension in plastic.
The pistons which have a certain height may not be massive, be perforated and have arms.
In fig. 4 ,. we draw the curve of the theoretical function which must remain inside the hatched part with a single arc in each hatched triangle. It is possible to provide curves with multiple vertices, which will give pistons with three or more cams in heart, etc ...
The present device can be applied to any fluid, liquid or gaseous, and to any type of hydraulic apparatus, motors, pump or meter. In the latter case, one of the rotary pistons carries any magnetic or mechanical means driving the totalizer.
This type of counter may have the advantage of extremely easy disassembly and its use for various liquids, in particular food liquids which require daily cleaning.
The type of gear teeth that are placed on the theoretical profile can be of any type. It was planned to replace the theoretical profile of FIG. 6 by two arcs of a circle. These two arcs of a circle can be tangent or sequential. The precision is of the same order.
It does not depart from the scope of the invention if methods equivalent to those described are applied, with a view to obtaining a device having the indicated characteristic, that is to say, a hydraulic machine comprising rotary pistons. in the form of heart-shaped cams having exact mathematically conjugated profiles, thanks to the re-use of the function
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these profiles starting from the gear teeth.