EP0613527B1 - Machine a piston utilisable en compresseur ou en moteur - Google Patents
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- EP0613527B1 EP0613527B1 EP93901789A EP93901789A EP0613527B1 EP 0613527 B1 EP0613527 B1 EP 0613527B1 EP 93901789 A EP93901789 A EP 93901789A EP 93901789 A EP93901789 A EP 93901789A EP 0613527 B1 EP0613527 B1 EP 0613527B1
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- F04B53/147—Mounting or detaching of piston rod
Definitions
- the invention is in the field of machines with piston-cylinder pairs intended to carry out an energy exchange between a pressurized fluid and a mechanical member, and more particularly with a view to producing an air compressor or any other gas, without however excluding the realization of a motor powered by the energy of a generally gaseous fluid.
- Machines with pistons connected to mechanical energy organs most often use the classic rod-crank system or sometimes a plate which oscillates around an oblique crank in rotation around an axis parallel to the piston-cylinder couple.
- sliding or cam systems There are also known sliding or cam systems. All these systems introduce transverse forces, that is to say radial forces on the pistons relative to their axis, which is a friction factor with wear and creation of dust.
- a rectilinear guide cancels the transverse forces between piston and cylinder, but it requires lubrication which is a source of pollution, and it makes the whole heavy and bulky.
- the object of the invention is to avoid any systematic friction between cylinder and piston, to minimize the wear of these elements and allow their operation for a long period, in particular for non-lubricated machines and without seal between piston. and cylinder therefore without pollution by oil or particles from the wear of these elements.
- This embodiment for example for gas compression, even at very high pressures, is allowed by a very precise adjustment of the surfaces facing the cylinder and piston, and over a significant length of the opposite between these two elements.
- gear de LA HIRE consisting of a fixed crown internally toothed with a half size satellite pinion and a point on the pitch diameter of which describes a straight line which passes through the center of the crown.
- connection is rigid, it is necessary either to align the mechanical member with a better positioning tolerance than the piston-cylinder clearance, which is in practice impracticable when this clearance is a few ⁇ m, especially as the dilations and deformations in operation aggravate the problem, that is to leave to the mechanical member a freedom of transverse positioning, but then its mass is added to that of the driven element, from where radial forces due to gravity or to vibrations, which creates friction between piston and cylinder.
- Document WO 85/01336 discloses a floating coupling system between a reciprocating plunger and the piston, coaxial with this plunger, of a plunger type pump.
- the piston is integral with a sphere introduced into a recess machined in the pusher, so that the only connection between the movable pusher and the piston carrying the sphere is a longitudinal connection in the direction of the axis of the pusher. This arrangement compensates for any misalignment of the piston with the axis of the pusher.
- the invention frees, within alignment and transverse mechanical positioning limits of medium precision, the element driven with the rectilinear movement part carried by the mechanical member.
- the transverse positioning limits can be fixed at a few 1 / 10ths of a mm, and therefore allow a transverse clearance of the same value between the driven element and the part of the mechanical member to which it is connected, without the radial component of the efforts of the movable element become troublesome.
- the invention is thus characterized firstly by the use of a ball joint or an equivalent joint having two degrees of angular freedom between one of the elements of a piston-cylinder couple and the part with rectilinear movement of a mechanical organ to which it is connected. This job allows the alignment of this body with the piston-cylinder couple without creating oblique force on the element connected to it.
- a Cardan joint can be used, for example, with two crossed axes.
- such an articulation is used simultaneously with each of the two elements of the couple, one with the part with rectilinear movement, the other with a fixed part of the machine.
- the invention is also characterized either by a connecting rod interposed between the aforementioned articulation and the piece with rectilinear movement, or by an articulation which comprises two degrees of freedom in the direction of a movement perpendicular to the movement, it is to say in the transverse direction to the efforts.
- These transverse movements can be ensured by a flat base of the joint, which rests on a transverse plate provided on the corresponding element, or else by balls interposed between cooperating linear guide surfaces and perpendicular to the reciprocating movement.
- the transverse displacements are advantageously limited to a value slightly greater than the precision of the positioning of the mechanical member.
- ball joints used according to the invention makes it possible to have inside a large diameter piston a blind cylindrical conduit, that is to say closed at one end, of small diameter, parallel to the piston and which constitutes the cylinder of a second couple with variable volume, with a circuit for transferring the fluid under pressure to this second couple.
- the piston of this second couple is then connected to the cylinder head of the first couple by a ball joint or an equivalent device, which allows an achievable tolerance of the parallelism of the elements and the alignment of their axes.
- the compressor shown diagrammatically in FIG. 1 comprises a cylindrical casing 1 sealingly bearing a cylinder head 2.
- the bore of the casing which is shown cut in a plane of symmetry, constitutes a first cylinder in which moves a first piston 3 which is itself even bored concentrically to form a second cylinder also carrying with sealing a second cylinder head 4.
- the peripheries of the cylinder head 4 and most of the piston 3 are adjusted to the same diameter and with very little play in the cylinder 1.
- the surfaces in with respect to these elements carry surface treatments or materials capable of allowing friction without lubrication.
- the end 5 of the piston 3, opposite the second cylinder head 4, has a gas inlet 6, in relation to the interior of the casing 1 and supports two ball joints such as 7.
- a cut-out, shown for the first piston 3 and the first cylinder head 4, makes it possible to see the ball joint 7, a connecting rod 8 articulated on the piston 3 by this ball joint and a second connecting rod 8 'symmetrical to the connecting rod 8 relative to the axis piston 3.
- the tear-off further discovers a second piston 9 which cooperates with the bore of the first piston 3, to constitute a second compression stage, in the same way as the piston 3 and the bore of the casing 1 constitute a first compression stage, and with the same adjustments with very small clearance of the surfaces facing these pairs of elements.
- the piston 9 is fixed, being retained by a ball joint 10 articulated in a transverse wall 11 of the casing 1.
- This wall 11 has two orifices such as 12 to allow the sliding with clearance, therefore without guidance, of the connecting rods 8 and 8 '.
- These are driven by means of a mechanical member 13 which comprises a movable part 14 having an alternating rectilinear movement, and by means of a lifting beam 15 for balancing the forces of the connecting rods, the latter being connected to it by ball joints 16 and 16 'symmetrical with respect to the middle of the lifter.
- the latter is connected by a ball joint 17 to the movable part 14.
- the piston 3 further comprises two identical conduits 18 and 18 'symmetrical with respect to its axis, parallel to the latter and each closed on the side of the end 5. These conduits constitute cylinders respectively receiving pistons 19 and 19' with very low backlash adjustments to form a third compression stage together.
- the two variable volume couples which they constitute are connected in parallel by a gas intake circuit 20 and by a discharge circuit 21, the latter being drilled in the cylinder head 2.
- the variable pressures are identical in each of these volumes, which balances the forces on the piston 3.
- the pistons 19 and 19 ' are retained on the fixed cylinder head 2 by ball joints 22 and 22', with two degrees of angular freedom and in addition two degrees of transverse freedom, including one exemplary embodiment is drawn in FIG. 2 and which also equips the piston 9 with its retention on the wall 11 by the ball joint 10.
- pistons 9, 19 and 19 are aligned in the opposite cylinders only by their respective adjustments, their supports on the fixed parts 11 and 2 taking themselves the position which minimizes the radial forces between pistons and cylinders, even in the case of relatively poor machining resulting in uncertainty about the positions of the ball joints on these fixed parts.
- a fourth compression stage also exists inside the piston 9.
- the cylinder head 4 carries on its axis a ball joint similar to the previous three, which retains a fourth piston 23, of small diameter, which cooperates with an adjusted cylinder. which is constituted by a bore of the fixed piston 9 of the second stage.
- This piston 23 is therefore mobile like the piston 3, and driven by it.
- the circuits connecting the four compression stages are susceptible of various variants.
- the suction of the first stage is done through the orifice 6 with a conduit inside the piston 3 to supply a suction valve 24 carried by it.
- the compressed gas is evacuated by a discharge valve 25 then in a circuit passing first through the fixed cylinder head 2, then a heat exchanger 26 and a filter 27, to be introduced into a line 28 of the fixed piston 9 up to a valve suction 29 of the second floor.
- the piston 9 is cut to show this pipe and this valve, as well as the entire length of the mobile piston 23.
- the discharge of the second stage passes through a valve 30 carried by the movable cylinder head 4 then a circuit passing through this cylinder head then the piston 3 to join at 31 the circuit 20 for supplying parallel volumes of variable volumes of the third stage, with for each of these ci suction valves 32 and 32 'housed inside the piston 3 in the bottoms of the cylinders receiving the pistons 19 and 19'.
- the gas passes through a heat exchanger 34 and a filter 35, is introduced into the fixed piston 9 and into the variable volume of the fourth stage by a suction valve 36 at the bottom of the bore of this piston.
- the discharge passes through a contiguous valve 37 and it is evacuated towards use by the pipe 38.
- the bottom of the cylinder head 2, perpendicular to the axis of the piston 19, is of a diameter slightly greater than that of the thrust piece 74, so that the latter can move transversely with two degrees of freedom and thus adjust the axis of the piston 23 with that of the other element of the torque, that is to say the conduit 18.
- the different parts are drilled axially to form a circulation channel for the pumped fluid, a channel which can lead to a non-return valve.
- FIG. 3 and 4 there is shown a machine with a piston 40 which can slide with very little play in a cylinder 41, which is held in a sleeve 42 between a shoulder of this sleeve and a nut 43.
- a connector 44 carries the suction and discharge valves, not shown, which can be contiguous like those designated at 36 and 37 in FIG. 1.
- the sheath 42 is suspended in a fixed console 45 by means of a so-called Cardan suspension.
- This comprises in a known manner a movable ring 46 connected to the sheath by two diametrically opposite pins such as 47 and to the console by two other diametrically opposed pins in a perpendicular plane, such as 48.
- This assembly is equivalent to a ball joint with two degrees of angular freedom for the cylinder 41.
- the piston 40 carries a tail 49 enclosed in a clamp 50 with clamping screws 51 and 52, the pliers constituting an extension of a rod 53.
- a ball bearing 54 cooperates without longitudinal play with a hole 55 in the rod 53.
- This bearing is driven by a Watt connecting rod assembly of a known type, connecting rod assembly constituted here by a connecting rod 56 almost parallel to the longitudinal movement and each of whose ends is carried by a crank 57 or 58.
- cranks are articulated by a ball bearing at one of said ends of the connecting rod 56 and by another bearing at an axis fixed 59 or 60, these fixed axes being on either side of the connecting rod 56, so that the offsets of the positions of the mobile ends of the cranks, relative to the axis of the rectilinear movement, compensate each other in the middle of the connecting rod.
- a stud 61 carries the bearing 54, which is thus driven by a very substantially rectilinear longitudinal movement.
- This movement is in exchange for energy with a mechanical member constituted here by a belt 62 connected to a motor which is not shown and which drives a pulley 63 carrying an eccentric crankpin 64 to actuate the crank 58 in alternating oscillation by means of a connecting rod 65 articulated on the crankpin 64 and on the extension of the crank 58.
- the bearing 54 can be mounted without play in the rod 53, which guides the latter precisely in a rectilinear movement compatible with that of the piston 40 in the cylinder 41, even in the event of misalignment due to the mounting of the cardan shaft of the cylinder. 41.
- the rod 53 can actuate a second piston-cylinder couple by means of a second clamp 66.
- a second universal joint assembly supports the second couple and it precisely defines the axis of the reciprocating rectilinear movement of the two pistons.
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Abstract
Description
- L'invention se place dans le domaine des machines à couples pistons-cylindres destinées à réaliser un échange d'énergie entre un fluide sous pression et un organe mécanique, et plus particulièrement en vue de réaliser un compresseur d'air ou tout autre gaz, sans exclure toutefois la réalisation d'un moteur actionné par l'énergie d'un fluide généralement gazeux.
- Les machines avec des pistons reliés à des organes d'énergie mécanique emploient le plus souvent le système classique bielle-manivelle ou parfois un plateau qui oscille autour d'une manivelle oblique en rotation autour d'un axe parallèle au couple piston-cylindre. On connaît aussi des sytèmes à coulisses ou à cames. Tous ces systèmes introduisent des efforts transversaux, c'est-à-dire radiaux sur les pistons relativement à leur axe, ce qui est un facteur de frottement avec usure et création de poussière. Un guidage rectiligne annule les efforts transversaux entre piston et cylindre, mais il nécessite un graissage qui est une source de pollution, et il rend l'ensemble lourd et encombrant.
- Il est aussi connu d'annuler l'obliquité d'une bielle relativement au piston, ainsi que les efforts correspondants, par l'emploi d'un cylindre oscillant. Ceci crée cependant des efforts d'inertie transversaux dûs à son oscillation, qui sont la source des mêmes inconvénients que précités.
- L'invention a pour but d'éviter tout frottement systématique entre cylindre et piston, pour rendre minimale l'usure de ces éléments et permettre leur fonctionnement pendant une longue durée, en particulier pour des machines non lubrifiées et sans joint d'étanchéité entre piston et cylindre donc sans pollution par huile ou particules issues de l'usure de ces éléments.
- Cette réalisation par exemple pour la compression de gaz, même à de très hautes pressions, est permise par un ajustage très précis des surfaces en regard cylindre et piston, et sur une longueur importante du vis à vis entre ces deux éléments.
- Par exemple, avec un jeu radial de 1 µm et une longueur utile de piston de 40 mm, on peut réduire la fuite d'un gaz le long de ce jeu à une valeur de moins de 10% du débit pompé.
- Pour réaliser une machine à piston offrant ces avantages, il convient d'obtenir un mouvement du piston dans le cylindre qui soit rectiligne dans les limites de ce très faible jeu, et ce sans effort radial systématique. On doit donc relier le piston à un organe mécanique qui comporte une pièce mobile animée du même mouvement rectiligne alternatif, pièce elle-même liée au piston ou bien au cylindre si c'est celui-ci qui est mobile. En effet toute liaison oblique telle qu'une bielle liée à une manivelle crée sous l'effort du piston une réaction à composante radiale sur celui-ci.
- On connaît divers systèmes mécaniques où une pièce est animée d'un mouvement alternatif rectiligne ou quasi-rectiligne.
- L'un des plus anciens est l'embiellage de WATT, dont un exemple est représenté aux figures 3 et 4 décrites plus loin.
- Un autre système connu est un engrenage dit de LA HIRE, constitué par une couronne fixe dentée intérieurement avec un pignon satellite de dimension moitié et dont un point sur le diamètre primitif décrit une droite qui passe par le centre de la couronne.
- Pour entraîner un piston allongé et à très faible jeu relativement à un cylindre il est donc possible de relier l'un ou l'autre de ces deux éléments à une pièce animée d'un mouvement qui soit rectiligne dans les limites de ce jeu.
- Mais si la liaison est rigide, il est nécessaire soit d'aligner l'organe mécanique avec une tolérance de positionnement meilleure que le jeu piston-cylindre, ce qui est en pratique irréalisable lorsque ce jeu est de quelques µm, d'autant que les dilatations et les déformations en fonctionnement aggravent le problème, soit de laisser à l'organe mécanique une liberté de positionnement transversale, mais alors sa masse se rajoute à celle de l'élément entraîné, d'où des efforts radiaux dus à la pesanteur ou aux vibrations, ce qui crée des frottements entre piston et cylindre.
- Par le document WO 85/01336 on connait un système d'accouplement flottant entre un poussoir à mouvement alternatif et le piston, coaxial à ce poussoir, d'une pompe du type à plongeur. Le piston est solidaire d'une sphère introduite dans un embrèvement usiné dans le poussoir, de façon que la seule liaison entre le poussoir mobile et le piston portant la sphère soit une liaison longitudinale dans le sens de l'axe du poussoir. Cette disposition compense tout désalignement du piston avec l'axe du poussoir.
- Pour résoudre ce problème l'invention libère, dans des limites d'alignement et de positionnement mécanique transversal de précision moyenne, l'élément entraîné d'avec la pièce à mouvement rectiligne portée par l'organe mécanique. On peut fixer les limites de positionnement transversal à quelques 1/10e de mm, et donc permettre un débattement transversal de même valeur entre l'élément entraîné et la pièce de l'organe mécanique à laquelle il est relié, sans que la composante radiale des efforts de l'élément mobile devienne gênante.
- L'invention se caractérise ainsi d'abord par l'emploi d'une articulation à rotule ou une articulation équivalente ayant deux degrés de liberté angulaire entre l'un des éléments d'un couple piston-cylindre et la pièce à mouvement rectiligne d'un organe mécanique à laquelle il est relié. Cet emploi permet l'alignement de cet organe avec le couple piston-cylindre sans créer d'effort oblique sur l'élément relié à lui. Au lieu d'une rotule on peut employer par exemple une articulation de Cardan, à deux axes croisés.
- De préférence on utilise une telle articulation simultanément avec chacun des deux éléments du couple, l'une avec la pièce à mouvement rectiligne, l'autre avec une pièce fixe de la machine.
- En second lieu l'invention se caractérise aussi soit par une bielle interposée entre l'articulation précitée et la pièce à mouvement rectiligne, soit par une articulation qui comporte deux degrés de liberté dans le sens d'un déplacement perpendiculaire au mouvement, c'est à dire dans le sens transversal aux efforts. Ces déplacements transversaux peuvent être assurés par une embase plane de l'articulation, qui s'appuie sur une platine transversale ménagée sur l'élément correspondant, ou bien par des billes interposées entre des surfaces de guidage linéaire coopérantes et perpendiculaires au mouvement alternatif. Les déplacements transversaux sont avantageusement limités à une valeur peu supérieure à la précision du positionnement de l'organe mécanique.
- L'utilisation de rotules employées selon l'invention permet de disposer à l'intérieur d'un piston de grand diamètre un conduit cylindrique borgne, c'est à dire fermé à une extrémité, de petit diamètre, parallèle au piston et qui constitue le cylindre d'un deuxième couple à volume variable, avec un circuit de transfert du fluide sous pression à ce deuxième couple. Le piston de ce deuxième couple est alors relié à la culasse du cylindre du premier couple par une rotule ou un dispositif équivalent, ce qui permet une tolérance réalisable du parallélisme des éléments et de l'alignement de leurs axes.
- Pour bien faire comprendre la machine selon l'invention on en décrira ci-après, à titre d'exemples sans caractère limitatif, deux formes d'exécution préférées en référence au dessin schématique annexé dans lequel :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective, avec découpe et arrachement, d'un compresseur appliquant l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en coupe montrant une rotule à deux degrés de liberté angulaire et deux degrés de liberté transversale utilisée dans le compresseur de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en plan d'une autre machine à piston conforme à l'invention ; et
- la figure 4 en est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3.
- Le compresseur schématisé en figure 1 comporte un carter 1 cylindrique portant avec étanchéité une culasse 2. L'alésage du carter, lequel est représenté coupé dans un plan de symétrie, constitue un premier cylindre dans lequel se déplace un premier piston 3 qui est lui-même alésé concentriquement pour constituer un deuxième cylindre portant lui aussi avec étanchéité une deuxième culasse 4. Les périphéries de la culasse 4 et de la majeure partie du piston 3 sont ajustées au même diamètre et à très faible jeu dans le cylindre 1. Les surfaces en vis à vis de ces éléments portent des traitements de surface ou bien des matériaux aptes à permettre le frottement sans lubrification.
- L'extrémité 5 du piston 3, à l'opposé de la deuxième culasse 4, comporte une entrée de gaz 6, en relation avec l'intérieur du carter 1 et supporte deux articulations à rotule telles que 7.
- Un arrachement, figuré pour le premier piston 3 et la première culasse 4, permet de voir la rotule 7, une bielle 8 articulée sur le piston 3 par cette rotule et une seconde bielle 8' symétrique à la bielle 8 par rapport à l'axe du piston 3.
- L'arrachement découvre en outre un deuxième piston 9 qui coopère avec l'alésage du premier piston 3, pour constituer un deuxième étage de compression, de la même façon que le piston 3 et l'alésage du carter 1 constituent un premier étage de compression, et avec les mêmes ajustements à très faible jeu des surfaces en vis à vis de ces couples d'éléments.
- Le piston 9 est fixe, étant retenu par une rotule 10 articulée dans une paroi transversale 11 du carter 1. Cette paroi 11 comporte deux orifices tels que 12 pour permettre le coulissement avec jeu, donc sans guidage, des bielles 8 et 8'. Celles-ci sont entraînées au moyen d'un organe mécanique 13 qui comporte une pièce mobile 14 ayant un mouvement rectiligne alternatif, et par l'intermédiaire d'un palonnier 15 d'équilibrage des efforts des bielles, celles-ci lui étant reliées par des rotules 16 et 16' symétriques par rapport au milieu du palonnier. Ce dernier est relié par une rotule 17 à la pièce mobile 14. Ainsi le piston 3 est entraîné en mouvement alternatif sans transmission d'effort radial donc avec le minimum de frottement et d'usure, conformément au but de l'invention.
- Le piston 3 comporte en outre deux conduits identiques 18 et 18' symétriques par rapport à son axe, parallèles à celui-ci et chacun fermé du côté de l'extrémité 5. Ces conduits constituent des cylindres recevant respectivement des pistons 19 et 19' avec des ajustements à très faible jeu pour former ensemble un troisième étage de compression. Les deux couples à volume variable qu'ils constituent sont reliés en parallèle par un circuit d'admission de gaz 20 et par un circuit de refoulement 21, ce dernier étant foré dans la culasse 2. Ainsi les pressions variables sont identiques dans chacun de ces volumes, ce qui équilibre les efforts sur le piston 3. Les pistons 19 et 19' sont retenus sur la culasse fixe 2 par des rotules 22 et 22', avec deux degrés de liberté angulaire et en outre deux degrés de liberté transversale, dont un exemple de réalisation est dessiné en figure 2 et qui équipe aussi le piston 9 à sa retenue sur la paroi 11 par la rotule 10.
- De ce fait les pistons 9, 19 et 19' sont alignés dans les cylindres en vis à vis uniquement par leurs ajustements respectifs, leurs appuis sur les pièces fixes 11 et 2 prenant d'eux-même la position qui minimise les efforts radiaux entre pistons et cylindres, même en cas d'usinage relativement médiocre entraînant une incertitude sur les positions des rotules sur ces pièces fixes.
- Un quatrième étage de compression existe en outre à l'intérieur du piston 9. A cet effet la culasse 4 porte en son axe une rotule analogue aux trois précédentes, laquelle retient un quatrième piston 23, de petit diamètre, lequel coopère avec un cylindre ajusté qui est constitué par un alésage du piston fixe 9 de deuxième étage. Ce piston 23 est donc mobile comme le piston 3, et entraîné par lui.
- Les circuits reliant les quatre étages de compression sont susceptibles de diverses variantes. Ici l'aspiration du premier étage se fait par l'orifice 6 avec un conduit à l'intérieur du piston 3 pour alimenter un clapet d'aspiration 24 porté par celui-ci. Le gaz comprimé est évacué par un clapet de refoulement 25 puis dans un circuit traversant d'abord la culasse fixe 2, ensuite un échangeur thermique 26 et un filtre 27, pour être introduit dans une canalisation 28 du piston fixe 9 jusqu'à un clapet d'aspiration 29 du deuxième étage. Sur la figure le piston 9 est découpé pour montrer cette canalisation et ce clapet, ainsi que toute la longueur du piston mobile 23.
- Le refoulement du deuxième étage traverse un clapet 30 porté par la culasse 4 mobile puis un circuit traversant cette culasse puis le piston 3 pour rejoindre en 31 le circuit 20 d'alimentation en parallèle des volumes variables du troisième étage, avec pour chacun de ceux-ci des clapets d'aspiration 32 et 32' logés à l'intérieur du piston 3 dans les fonds des cylindres recevant les pistons 19 et 19'.
- Les refoulements de ces volumes variables traversent ces pistons fixes 19 et 19', qui sont forés sur toute leur longueur, avec de préférence de petits clapets de refoulement à l'extrémité de ceux-ci et non figurés et éventuellement des clapets de sécurité 33 et 33' redondant les précédents à la sortie des rotules 22 et 22', elles-mêmes forées pour communiquer avec le circuit de refoulement 21.
- Ensuite le gaz traverse un échangeur thermique 34 et un filtre 35, est introduit dans le piston fixe 9 et dans le volume variable du quatrième étage par un clapet d'aspiration 36 au niveau du fond de l'alésage de ce piston. Le refoulement traverse un clapet contigu 37 et il est évacué vers l'utilisation par la canalisation 38.
- Un échange thermique supplémentaire existe en outre entre le deuxième et le troisième étages, du fait du montage extérieur des canalisations 20 et 31. Etant animées du mouvement alternatif et dans l'ambiance d'aspiration du premier étage, elles ont un bon échange thermique avec cette ambiance. En outre on peut les doter d'ailettes et les allonger selon besoin
- A la figure 2 on a représenté une coupe diamétrale d'une rotule telle qu'utilisée aux emplacements 22 et 22' de la figure 1. La rotule est maintenue entre la culasse 2 et une pièce de retenue 70 qui est appliquée contre celle-ci et retenue dans cette position par des moyens non figurés, pouvant être des vis par exemple. Elle est constituée par un empilement de pièces comprenant :
- une rondelles élastique 71 précontrainte par la pièce de retenue 70,
- une pièce d'appui 72 présentant une portée plane qui supporte la rondelle 71 et, sur son autre face, une portée sphérique,
- une sphère 73 terminée par une partie cylindrique et emmanchée à force, ou bien avec soudure ou collage, sur l'extrémité du piston 19 et recevant la portée sphérique de la pièce d'appui 72,
- une pièce de poussée 74 recevant la sphère 73 par une portée sphérique,
- une rondelle plane antifriction 75 en contact avec une face plane de la pièce de poussée 74, cette rondelle pouvant toutefois être supprimée si le fond de la culasse 2 et la pièce de poussée 74 sont compatibles en frottement.
- Le fond de la culasse 2, perpendiculaire à l'axe du piston 19, est d'un diamètre un peu supérieur à celui de la pièce de poussée 74, de sorte que celle-ci peut se déplacer transversalement avec deux degrés de liberté et ainsi ajuster l'axe du piston 23 avec celui de l'autre élément du couple, c'est-à-dire le conduit 18.
- Dans cet exemple les différentes pièces sont percées axialement pour constituer un canal de circulation du fluide pompé, canal qui peut conduire à un clapet antiretour.
- Aux figures 3 et 4, on a représenté une machine avec un piston 40 qui peut coulisser avec un jeu très faible dans un cylindre 41, lequel est maintenu dans un fourreau 42 entre un épaulement de ce fourreau et un écrou 43. Un raccord 44 porte les clapets d'aspiration et de refoulement, non figurés, qui peuvent être contigus comme ceux désignés en 36 et 37 sur la figure 1.
- Le fourreau 42 est suspendu dans une console fixe 45 au moyen d'une suspension dite de Cardan. Celle-ci comporte de façon connue un anneau mobile 46 relié au fourreau par deux tourillons diamétralement opposés tels que 47 et à la console par deux autres tourillons diamétralement opposés dans un plan perpendiculaire, tels que 48. Ce montage équivaut à une rotule avec deux degrés de liberté angulaire pour le cylindre 41.
- Le piston 40 porte une queue 49 enserrée dans une pince 50 avec des vis de serrage 51 et 52, la pince constituant un prolongement d'une tige 53. Un roulement à billes 54 coopère sans jeu longitudinal avec un trou 55 de la tige 53. Ce roulement est entraîné par un embiellage de Watt d'un type connu, embiellage constitué ici d'une bielle 56 presque parallèle au mouvement longitudinal et dont chacune des extrémités est portée par une manivelle 57 ou 58. Chacune de ces manivelles est articulée par un roulement à billes à l'une des dites extrémités de la bielle 56 et par un autre roulement à un axe fixe 59 ou 60, ces axes fixes étant de part et d'autre de la bielle 56, de sorte que les déports des positions des extrémités mobiles des manivelles, relativement à l'axe du mouvement rectiligne, se compensent au milieu de la bielle. En ce milieu un téton 61 porte le roulement 54, lequel est ainsi animé d'un mouvement longitudinal très sensiblement rectiligne. Ce mouvement est en échange d'énergie avec un organe mécanique constitué ici d'une courroie 62 reliée à un moteur non figuré et qui entraîne une poulie 63 portant un maneton excentré 64 pour actionner en oscillation alternative la manivelle 58 par l'intermédiaire d'une bielle 65 articulée sur le maneton 64 et sur le prolongement de la manivelle 58.
- Le roulement 54 peut être monté sans jeu dans la tige 53, ce qui guide celle-ci avec précision dans un mouvement rectiligne compatible avec celui du piston 40 dans le cylindre 41, même en cas de mauvais alignement du fait du montage de Cardan du cylindre 41.
- En variante la tige 53 peut actionner un second couple piston-cylindre au moyen d'une seconde pince 66. Dans ce cas un second montage à Cardan supporte le second couple et il définit avec précision l'axe du mouvement rectiligne alternatif des deux pistons. Pour le rendre compatible avec celui du roulement 54, il est alors nécessaire soit de rendre oblong dans le sens transversal le trou 55, comme indiqué sur la figure 3, soit de donner aux quatre tourillons de l'anneau 46 une possibilité de déplacement selon leurs axes, qui sont perpendiculaires au mouvement rectiligne alternatif ce qui donne alors au couple cylindre 40 - piston 41 deux degrés de liberté de déplacement perpendiculaire à ce mouvement.
- On comprendra que la description ci-dessus a été donnée à simple titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (9)
- Machine pour échanger de l'énergie entre d'une part un organe mécanique qui comporte une pièce mobile (14,61) ayant un mouvement rectiligne alternatif et d'autre part un piston (9) coopérant avec un cylindre (3) pour transférer un fluide sous pression, avec une liaison de l'un d'eux avec la pièce mobile (14), et une liaison de l'autre avec une pièce fixe (11), la liaison du piston (9) comportant une articulation (10) à deux degrés de liberté angulaire, caractérisée en ce que la liaison du cylindre (3) comporte aussi une articulation à deux degrés de liberté angulaire, telle qu'une rotule (7,7',10,22,22',54,73) ou qu'une articulation de Cardan (46).
- Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'une au moins des articulations comporte en outre deux degrés de liberté de déplacement perpendiculaire au mouvement rectiligne, au moyen de surfaces perpendiculaires à ce mouvement et en appui mutuel glissant.
- Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mobile (14) fait partie d'un engrenage constitué par une couronne fixe dentée intérieurement et coopérant avec un pignon satellite de dimension moitié.
- Machine selon la revendications 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce mobile (54) fait partie d'un embiellage de WATT.
- Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, avec un premier piston (3) mobile dans un carter fixe (1) et comportant un alésage qui coopère avec un piston fixe (9), caractérisée en ce que le premier piston (3) est entraîné par deux bielles (8,8') qui lui sont reliées par deux rotules (7,7') et en ce que le piston fixe (9) est relié par une rotule (10) à une paroi (11) fixée au carter (1).
- Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que les bielles (8, 8') sont reliées par deux rotules (16,16') , par l'intermédiaire d'un palonnier (15), à une pièce mobile (14) ayant un mouvement rectiligne.
- Machine selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisée en ce que le premier piston (3) et le carter (1) constituent un étage de transfert de fluide sous pression.
- Machine selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée par plusieurs conduits identiques (18,18') dans le piston (3), reliés entre eux par des circuits (20,21) et recevant chacun un piston (19,19') fixé par une rotule (22,22') reliée à une culasse (2) portée par le carter fixe (1).
- Machine selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que le piston fixe (9) comporte un alésage qui coopère avec un piston mobile (23) relié par une rotule à une culasse (4) fixée au premier piston (3).
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