FR2566060A1 - Machine a fluide du type a spirale et procede pour confectionner les elements de spirale utilises dans ladite machine - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE MACHINE A FLUIDE DU TYPE A SPIRALE UTILISEE, PAR EXEMPLE, COMME COMPRESSEUR OU MACHINE SIMILAIRE, AINSI QU'UN PROCEDE POUR FABRIQUER LES ELEMENTS DE SPIRALE DE LADITE MACHINE A FLUIDE. LA MACHINE DE L'INVENTION COMPREND DEUX ELEMENTS DE SPIRALE 11 S'ENGAGEANT L'UN DANS L'AUTRE ET COMPORTANT CHACUN UNE PLAQUE LATERALE 11B ET UNE BRANCHE DE SPIRALE 11A DISPOSEE VERTICALEMENT SUR UNE SURFACE INTERIEURE DE LADITE PLAQUE LATERALE. POUR EMPECHER LA CONCENTRATION DE CONTRAINTES AUX ANGLES FORMES PAR LES PARTIES DE BASE TERMINALES INTERIEURES DES BRANCHES DES ELEMENTS DE SPIRALE ET LES SURFACES INTERIEURES DES PLAQUES LATERALES, LESDITS ELEMENTS DE SPIRALE SONT CONFECTIONNES EN PROJETANT SUR DES ARRONDIS PRESENTANT CHACUN UN RAYON DE COURBURES R AU NIVEAU DES ANGLES FORMES PAR LES PARTIES DE BASE TERMINALES INTERIEURES DES BRANCHES ET LES SURFACES INTERIEURES DES PLAQUES LATERALES DES ELEMENTS DE SPIRALE, DES PARTICULES SOLIDES DONT LE DIAMETRE EST INFERIEUR AUDIT RAYON DE COURBURE R ET EN SOUMETTANT A UNE FINITION MECANIQUE LES ZONES DES BRANCHES ET DES PLAQUES LATERALES DIFFERENTES DES ZONES SUR LESQUELLES LESDITES PARTICULES SOLIDES ONT ETE PROJETEES.

Description

_ 1-_

MACHINE A FLUIDE DU TYPE A SPIRALE

ET PROCEDE

POUR CONFECTIONNER LES ELEMENTS DE SPIRALE UTILISES DANS LADITE MACHINE

La présente invention concerne une machine à fluide du type à spirale qui peut servir de compresseur, de machine d'expansion, de moteur

électrique et applications similaires, et a trait à un procédé pour con-

fectionner par moulage les éléments de spirales utilisés dans ladite ma-

chine à fluide.

Sur les dessins annexés, la figure 19 et la figure 20 (qui est une vue en coupe selon la ligne XX-XX de la figure 19) représentent un

premier mode de réalisation d'un corps de spirale d'un compresseur du ty-

pe à spirale conventionnel. Deux corps de spirale 01, 02 sont engagés l'un dans l'autre, et comportent respectivement des branches Ola et 02a s'écartant en phase l'une de l'autre d'un angle de 1800, les pointes 01c

et 02c de ces dernières venant en contact serré avec les surfaces inté-

rieures Old et 02d de parois latérales 01b, 02b. En conséquence, lorsque les corps de spirale tournent l'un par rapport à l'autre, les volumes de fluide contenus dans des chambres étanches 03, 04 définies par les deux

corps de spirale engagés l'un dans l'autre 01, 02, sont graduellement ré-

duits tout en se déplaçant vers leur centre, pour comprimer un gaz conte-

nu dans lesdites chambres, puis pour l'évacuer par une ouverture de sor-

tie 05 située au centre de la machine.

Les procédés de fabrication de ce type d'éléments de spirale 01, 02 peuvent être classés en deux catégories. Une première catégorie de

procédé consiste à préparer séparément les plaques latérales et les bran-

ches des spirales, puis à les assembler. La seconde catégorie de procédé consiste à préparer les plaques latérales et les branches des spirales simultanément et en une seule pièce. Dans le cas de la première catégorie de procédé, la technique consistant à fixer les branches sur les plaques

latérales est moins fiable et offre également une précision d'usinage in-

suffisante, et de ce fait, les plaques latérales et les branches doivent ainsi être soumises, après leur fixation, à un traitement de finition sur toutes leurs surfaces destinées à venir en contact avec celles de la branche de spirale complémentaire. En conséquence, on a toujours utlisé 2 - un procédé de la seconde catégorie, dans lequel les éléments de spirale

01, 02 sont mis en forme en une seule pièce et de manière simultanée.

Toutefois, le principe de travail des machines à fluide conven-

tionnelle du type en une seule pièce consiste à confiner de manière étan-

che le gaz contenu dans les chambres étanches 03, 04, et en conséquence,

comme le montre à plus grande échelle la figure 21, les parties angulai-

res formées par l'arête de la base des branches 01a et 02a et les surfa-

ces intérieures 01d et 02d des plaques latérales Olb et 02b ne peuvent pas être arrondies et forment donc des angles droits. En conséquence, des contraintes se concentrent dans ces parties angulaires, et les bases des branches 01a et 02a n'ont qu'une faible résistance mécanique, en fonction

de la hauteur des branches 01a et 02a et des conditions de compression.

En outre l'application répétée d'une-force due à la venue en prise des branches 01a et 02a et/ou à la pression du gaz dans les chambres étanches 03 et 04, a tendance à se traduire par l'apparition de fissures et de ruptures. On comprendra ainsi que les procédés conventionnels du type en

une seule pièce ne présentent pas une fiabilité satisfaisante.

La pression du gaz dans les chambres étanches 03, 04 s'élève au fur et à mesure que ces dernières se rapprochent du centre des branches de spirale, et il faut également noter que la rigidité des branches de spirale 01a, 02a est plus faible dans leur partie terminale intérieure,

c'est-à-dire dans leur partie centrale, par rapport aux autres parties.

Dans la plupart des cas, en conséquence, des fissures et des ruptures se manifestent à la base d'une partie terminale intérieure (à une extrémité du point de rebroussement de la spirale, de chaque branche 01a, ou 02a,

ainsi que le montre une flèche sur la figure 23.

Si l'on tente d'arrondir les parties angulaires A2 formées par l'arête des bases des branches 01a et 02a et-par les surfaces intérieures 01d et 02d des plaques latérales Olb et 02b, en respectant la condition

que le gaz contenu dans les chambres 03, 04 soit confiné de manière étan-

che, on peut concevoir une configuration selon la figure 22.

De plus, comme le montre la figure 22, si l'on envisage d'arron-

dir la partie angulaire formée par la base A2de la branche 01a de l'élé-

ment de spirale 01 et la surface intérieure Olb de la plaque latérale 01b, les branches respectives D1a et 02a du couple d'éléments de spirale -3-

01, 02 doivent être également arrondies à leurs pointes B2, en vue d'em-

pêcher la partie angulaire A de venir au contact de la pointe de la

branche 02a de l'élément de spirale complémentaire 02.

En résumé, il est nécessaire d'arrondir, selon la même forme, les parties angulaires A2 des arêtes des branches 01a et 02a et les plaques latérales Olb et 02b des deux éléments de spirale 01 et 02, ainsi que les

pointes B2 des branches complémentaires 01a et 02a.

Pour obtenir une telle configuration, un usinage extrêmement com-

plexe est nécessaire, et le coût de l'usinage mécanique s'en trouve con-

sidérablement augmenté. De ce fait, une telle configuration n'est conce-

vable que sur le papier, mais n'a pas été mise en oeuvre concrètement.

Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention s'est donc fixé pour but de proposer une machine à fluide du type à spirale et un procédé pour fabriquer les éléments de spirale utilisés dans ladite

machine, qui permettent de protéger des fissures et des ruptures les par-

ties angulaires formées par les arêtes de la base terminale intérieure des branches et les surfaces intérieures des plaques latérales au point

de rebroussement des éléments de spirale.

Ces buts sont atteints par la présente invention qui propose:

I - une machine à fluide du type à spirale, comprenant deux élé-

ments de spirale s'engageant l'un dans l'autre et comportant chacun une plaque latérale et une branche de spirale disposée verticalement sur une

surface intérieure de ladite plaque latérale; les volumes de fluide con-

tenus dans des chambres étanches définies par les deux éléments de spira-

le engagés l'un dans l'autre se modifiant, lorsque lesdits éléments de

spirale tournent l'un par rapport à l'autre avec un mouvement relatif or-

bital, pour évacuer un gaz hors desdites chambres; ladite machine à flui-

de étant caractérisée en ce que: (i) elle est constituée de telle manière que des contraintes ne

peuvent se concentrer dans les angles formés par les parties de base ter-

minales intérieures des branches des éléments de spirale et les surfaces intérieures des plaques latérales; et (ii) elle comporte des éléments de spirale qui sont confectionnés en projetant sur des arrondis présentant chacun un rayon de courbure y au niveau des angles formés par les parties de base terminales intérieures - 4 _

des branches et les surfaces intérieures des plaques latérales des élé-

ments de spirale, des particules solides dont le diamètre est inférieur audit rayon de courbure g, et en soumettant à une finition mécanique les zones des branches et des plaques latérales différentes des zones sur lesquelles lesdites particules solides ont été projetées.

II - un procédé pour confectionner les éléments de spirale utili-

sés dans une machine à fluide du-type à spirale comprenant deux éléments

de spirale engagés l'un dans l'autre et comportant chacun une plaque la-

térale et une branche de spirale disposée verticalement sur une surface intérieure de ladite plaque latérale, et dans laquelle les volumes de fluide contenus dans des chambres étanches définies par les deux éléments

de spirale engagés l'un dans l'autre se modifient, lorsque lesdits élé-

ments de spirale tournent l'un par rapport à l'autre avec un mouvement

relatif orbital, pour évacuer un gaz.hors desdites chambres; ledit procé-

dé étant caractérisé en ce qu'il consiste à ébaucher, au moyen d'un outil

de fraisage en bout, chaque partie angulaire formée par une partie de ba-

se terminale intérieure de la branche et la surface intérieure de la pla-

que latérale de l'élément de spirale de manière à former un arrondi com-

plet ayant un rayon de courbure relativement grand qui est suffisant pour

conférer à la branche une résistance à la fatigue, et à réaliser sur cha-

que partie angulaire, au moyen d'un outil de fraisage en bout, la fini-

tion d'un arrondi ayant un rayon de courbure relativement petit qui ne vient pas au contact d'une partie terminale de pointe de la branche de

l'élément de spirale complémentaire.

La machine à fluide selon la présente invention présentant la

construction susmentionnée permet d'obtenir des effets selon les paragra-

phes I (i), (ii) et II ci-après: I (i) la machine à fluide étant conçue de telle manière que les

contraintes ne se concentrent pas sur les angles formés par la base ter-

minale intérieure de la branche et la surface intérieure de la plaque la-

térale de l'élément de spirale, l'apparition de fissures et de ruptures peut être inhibée au niveau de ces parties angulaires. Dans ce cas, les

deux spirales sont engagées l'une dans l'autre dans des positions identi-

ques à celles de spirales conventionnelles, le niveau de leurs performan-

ces étant ainsi similaires à celui d'une machine conventionnelle.

- (ii) Chaque arrondi de rayon de courbure est présent à chaque angle formé par la base terminale intérieure de la branche et la surface

intérieure de la plaque latérale, et est doté d'une contrainte de com-

pression résiduelle au moyen d'une projection de particules solides sur sa surface, et la résistance à la fatigue de la partie arrondie est aug-

mentée d'environ 65% par rapport à celle d'un élément conventionnel, as-

sociée à l'augmentation de sa dureté superficielle. En conséquence, la machine à fluide selon la présente invention peut prévenir l'apparition

de fissures et de ruptures sur les parties angulaires des bases termina-

les intérieures des branches. En outre, les zones dans lesquelles les éléments- de spirale sont engagés l'un dans l'autre étant soumises à une finition mécanique de la même manière que des éléments conventionnels, on

évite la formation de fuites du fluide contenu dans les chambres étan-

ches. En conséquence, les performances de la machine à fluide ne se dé-

gradent pas.

II - En un point de concentration des contraintes sur chaque élé-

ment de spirale, c'est-à-dire sur l'angle formé par la base de la branche et la surface intérieure de la plaque latérale, l'arrondi relativement grand peut être ébauché, ce qui est suffisant pour doter la branche d'une certaine résistance à la fatigue, et la finition d'un autre arrondi peut être réalisée d'une manière simple en fraisant à la suite de l'ébauchage

chaque partie angulaire de la branche au moyen d'une fraise de finition.

En conséquence, le nombre d'heures d'usinage n'est pas augmenté, et la

productivité peut ainsi être améliorée.

Par ailleurs, à la suite de l'ébauchage, l'arrondi susmentionné peut être façonné sur chaque partie angulaire, et cet arrondi présente un rayon de courbure relativement petit qui ne vient pas en contact avec la

partie terminale de pointe de la branche de l'élément de spirale complé-

mentaire. En conséquence, la machine à fluide du type à spirale selon la présente invention est apte à empêcher les fuites du fluide hors des chambres étanches. Elle permet ainsi d'empêcher une dégradation de ses performances. Plusieurs modes de réalisation de la présente invention vont

maintenant être décrits plus en détail, à titre d'exemples nullement li-

mitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels: -6 - les figures.1 et 2 représentent un premier mode de réalisation

de l'invention; la figure 1 est une vue de détail en perspective, mon-

trant une partie terminale intérieure d'une branche d'un élément de spi-

rale, et la figure 2 est une vue de détail en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - les figures 3 et 4 représentent un second mode de réalisation

de l'invention; la figure 3 est une vue de détail en perspective, mon-

trant la partie terminale intérieure de la branche de l'élément de spira-

le, et la figure 4 est une vue de détail en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3; - les figures 5 à 7 représentent un troisième mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue en perspective montrant la partie terminale intérieure de la branche de l'élément de spirale, la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5, et la figure 7 est une vue en coupe montrant un état d'engagement des deux branches de spirale à proximité de la partie terminale intérieure de la branche de la figure 5;

- les figures 8 et 9 représentent un quatrième mode de réalisa-

tion de l'invention; la figure 8 est une vue en perspective montrant la

branche de l'élément de spirale, et la figure 9 est une vue en coupe se-

lon la ligne IX-IX de la figure 8;

- les figures 10 et 11 représentent un cinquième mode de réalisa-

tion de l'invention; la figure 10 est une vue de détail en perspective montrant le centre de rebroussement de la branche de spirale de l'élément de spirale, et la figure 11 est une vue de détail en coupe selon la ligne XI-XI de la figure 10;

- les figures 12 et 13 représentent un sixième mode de réalisa-

tion de la présente invention; la figure 12 est une vue de détail en per-

spective montrant le centre de rebroussement de la branche de l'élément de spirale, et la-figure 13 est une vue de détail en coupe selon la ligne XIII-XIII de la figure 12;

- la figure 14 est un diagramme, montrant une comparaison des ré-

sistances-à-la fatigue d'éléments de spirale selon la présente invention et d'éléments de spirale conventionnels;

- les figures 15 à 18 représentent un septième mode de réalisa-

-7- tion de l'invention; la figure 15 est une vue de détail en perspective montrant le centre de rebroussement de la branche de l'élément de spirale après l'usinage de finition; la figure 16 est une vue en coupe selon la

ligne XVI-XVI de la figure 15; la figure 17 est une vue de détail en per-

spective montrant le centre de rebroussement de la branche de l'élément de spirale après l'ébauchage; et la figure 18 est une vue en coupe selon la ligne XVIII-XVIII de la figure 17;

- les figures 19 à 21 représentent un élément de spirale conven-

tionnel; la figure 19 est une vue en coupe selon la ligne XIX-XIX de la figure 20; la figure 20 est une vue en coupe selon la ligne XX-XX de la figure 19; et la figure 21 est une vue en coupe, à plus grande échelle, montrant une partie angulaire formée par la base de la branche et de la surface intérieure d'une plaque latérale; - la figure 22 est une vue en coupe montrant un état d'engagement de la branche pourvue de parties angulaires arrondies A avec une autre branche pourvue de parties terminales arrondies B de l'élément de spirale complémentaire; - la figure 23 est une vue en perspective montrant une partie terminale intérieure de la branche d'un élément de spirale conventionnel; - la figure 24 est une vue en coupe montrant un état d'engagement des parties terminales intérieures du couple de branches de spirale dont l'une est représentée sur la figure 1; et - la figure 25 est une vue de face montrant la branche de spirale

suggérée par le brevet japonais no 111658/1984.

Le premier mode de réalisation de la présente invention va être

tout d'abord décrit, en référence aux figures 1 et 2.

Sur les figures 1 et 2, 11 désigne un élément de spirale, et 11a désigne une branche de spirale qui est confectionnée en une seule pièce sur une surface intérieure 11d d'une plaque latérale 11b par un procédé tel que le forgeage, le moulage par injection ou le coulage. Des surfaces de contact s'étendant extérieurement des points a et b peuvent recevoir

une finition par un moyen mécanique, et à ce propos, les surfaces de con-

tact susmentionnées sont constituées par des zones dans lesquelles les branches 11a d'un couple d'éléments de spirale sont engagées l'une dans l'autre. Par ailleurs, une zone s'étendant entre les points a et b sur -8-

une partie terminale intérieure (une partie terminale au centre de re-

broussement de la branche de spirale) de la spirale 11a n'est au contrai-

re pas soumise à une finition mécanique, et un arrondi de l'angle formé par la base de la branche 11a et la surface intérieure 11d de la plaque latérale 11b est laissé tel quel, c'est-à-dire un arrondi préformé sur

une ébauche de spirale.

De cette manière, l'arrondi R ayant un rayon de courbure S est façonné uniquement sur l'angle formé par la partie terminale intérieure

de la branche 11a et la surface intérieure 11d de la plaque latérale 11b.

En conséquence, il est ainsi possible d'éviter une concentration de contraintes sur l'angle formé par la partie terminale intérieure de la branche 11a et la surface intérieure 11d de la plaque latérale 11b, et

donc d'éliminer les risques de fissure et de rupture dans cette zone.

Ainsi qu'il est dit plus haut, le point o l'arrondi R de rayon est façonné, est constitué uniquement par la partie terminale intérieure de la branche, et il est ainsi inutile de façonner ces arrondis sur les bases A2 et les pointes B2 des branches comme le montre la figure 22. En

conséquence, le but susmentionné de la présente invention peut être at-

teint au moyen d'un procédé de fabrication extrêmement simple.

Les points susmentionnés a et b de la partie terminale intérieure (la partie terminale au centre de rebroussement de la branche de spirale) peuvent être situés arbitrairement entre des "points-limites définissant

une courbe développante, qui dépendent d'un paramètre ô", selon la sug-

gestion faite, par exemple, par la demande de brevet japonais no 111658/

1984.

Cette théorie va maintenant être décrite en référence à cette de-

mande de brevet japonais, dont la figure 1 est reprise par-la figure 25

annexée à la présente.

En référence à la figure 25, qui représente un élément de spirale stationnaire 701, les références 711 et 712 désignent respectivement une

courbe extérieure et une courbe intérieure.

- Comme on le voit, la courbe extérieure 711 est une développante de cercle, possédant un point origine A, et un cercle de base ayant un rayon b, et un segment curviligne E-F de la courbe intérieure 712 est un segment d'une développante présentant un décalage angulaire (n- S /b) par --9 rapport à la courbe extérieure 711. De même, un segment curviligne E-I est un arc de cercle de même rayon Rc que le rayon d'un outil de fraisage en bout, et un segment I-G est un arc de cercle de rayon O0 et de rayon R. Une courbe de transition 713 est représentée, et elle correspond à un arc de cercle de rayon r, joingnant de façon régulière la courbe exté-

rieure 711 et la courbe intérieure 712.

Un point B est un point-limite situé entre la courbe extérieure

711 et une courbe de transition 713, auquel ces courbes coupent une tan-

gente identique. Comme on peut le voir, cette courbe est une développante dans l'aire située au-delà du point B (du côté du point C), et devient un

arc de cercle dans l'aire située en deça du point B (du côté du point G).

Le point A est le point origine de la courbe extérieure 711, le point C est un point arbitraire situé dans l'aire suffisamment au-delà de la courbe extérieure 711, et le point F est un point arbitraire situé dans l'aire suffisamment au-delà de la courbe intérieure 712. Le point G est un point d'intersection entre l'arc de rayon R7 de la courbe 712 et

la courbe de transition 713, ce point pouvant être situé de manière ar-

bitraire sur un arc de rayon r dans les limites définies par D et B. De même, on peut noter que cette relation dimensionnelle peut se

maintenir convenablement dans le cas de l'élément de spirale tournant.

A présent, les rayons R7 et r peuvent être obtenus à partir des équations suivantes: R = + bp + d r = be + d dans lesquelles ' est le rayon du mouvement de révolution; b est le rayon d'un cercle de base; b2 - ( /2 + bp)2 d = -----------------------;et 2( S/2 + bu) P est un paramètre qui représente une plage limite pour

le choix d'une courbe développante de cercle.

Ainsi, une droite passant par l'origine 0 et formant un angle

par rapport à l'axe des X et la droite EO2 et le prolongement de la droi-

te BO1 se coupent orthogonalement les unes avec les autres, tandis que

les segments de droite EO et BO sont parallèles entre eux.

2i

2566060-

- 10 -

Dans la configuration de l'élément de spirale susmentionné, on

remarquera que, lorsqu'il est placé en position, le point F de la déve-

loppante situé en un point arbitraire suffisamment au-delà de la courbe intérieure de l'élément stationnaire 701, vient au contact avec le point correspondant sur le segment de développante de la courbe extérieure sur la partie de l'élément tournant (non représenté), ce point de contact se décalant progressivement dans le sens radial vers l'intérieur pendant que

l'élément tournant accomplit un mouvement de révolution. Le point de con-

tact se décale également vers le point E sur la courbe intérieure 712 de

l'élément stationnaire 701, en venant au contact avec le point correspon-

dant sur la courbe extérieure de l'élément tournant (le même point que le point B sur la partie de l'élément stationnaire). Tandis que le mouvement de révolution de l'élément de spirale se poursuit, on voit que les deux

éléments sont maintenant amenés à se déplacer en définissant un intersti-

ce AC entre le segment curviligne E-D-G de la courbe 602 et le segment

E-I-G de la courbe 712.

En conséquence, on peut remarquer que le contact entre les deux éléments de spirale aux extrémités antérieures centrales de ceux-ci se maintient jusqu'à atteindre le point E (en contact avec le point B sur

l'élément de spirale complémentaire), en définissant ainsi un petit in-

terstice-AC entre les deux éléments en engagement réciproque.

Ceci revient à dire que, dans le segment compris entre les points limites E et B qui dépendent du paramètre X, la configuration est telle

qu'un petit intervalle peut être présent entre les deux éléments de spi-

rale.

Les points a et b (sur la figure 1) de chaque élément de spirale selon la présente invention sont placés en des endroits appropriés entre les points E et B susmentionnés, et les parties s'étendant au-delà des points a et b (du c8té de la courbe développante) de l'élément de spirale présentent les mêmes arêtes à angle droit A1 que sur la figure 21. Cette configuration permet de réaliser-un engagement correct des deux éléments

de spirale, et de procurer de bonnes performances, et comme les deux élé-

ments de spirale ne sont pas au contact l'un de l'autre entre les points

a et b, les arrondis appropriés peuvent être formés sur la base des bran-

ches. En outre, les zones dans lesquelles les deux éléments de spirale

- 1i -

s'engagent l'un dans l'autre sont soumises à un traitement de finition au moyen du même usinage final que dans le cas d'un élément conventionnel,

et les performances sont ainsi les mêmes que dans ce dernier cas.

Il va de soi que les parties angulaires des ébauches de spirale peuvent être arrondies au moyen d'un usinage mécanique, comme le montrent

les figures 1 et 2.

Un second mode de réalisation de l'invention va maintenant être

décrit plus en détail.

Dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus, l'arrondi R ayant la forme de l'évidement façonné sur la partie angulaire formée par la base terminale intérieure de la branche 11a et la surface intérieure 11d de la plaque latérale 11b de l'ébauche de spirale, peut être laissée

telle quelle.

En variante, au lieu de laisser cet arrondi en forme d'évidement

tel qu'il a été façonné sur l'ébauche, la partie angulaire peut être ar-

rondie à la forme de l'évidement au moyen d'un usinage mécanique de l'é-

bauche. Troisième mode de réalisation Dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus, la partie arrondie R, telle que la représente la figure 24 qui est une vue en coupe montrant l'état d'engagement des deux éléments de spirale dans le segment compris entre les points a et b de la figure 1, est amenée en contact avec la partie terminale de pointe de la branche complémentaire (qui est représentée par une ligne en trait interrompu sur la figure 24), puisque

la branche possède une arête à angle droit et une grande épaisseur de pa-

roi intacte. En conséquence, en même temps que le façonnage de l'arrondi R sur la partie angulaire, il est nécessaire de diminuer l'épaisseur de

la paroi des branches des deux éléments de spirale en accord avec l'ar-

rondi R formé, bien que cette diminution d'épaisseur entraîne une légère

perte de résistance.

Sur la figure 24, la branche et la plaque latérale de l'élément

de spirale complémentaire 12 sont représentés respectivement par les ré-

férences 12a et 12b.

- 12 -

Dans cette situation, les arrondis R sont façonnés entre les points a et b à proximité des bases terminales intérieures des branches'

des deux éléments de spirale, et, de même, sur les zones de pointe cor-

respondantes des branches des deux éléments de spirale, les arrondis sont laissés tels quels, ou bien ils sont chanfreinés de telle manière que ces zones de pointe ne puissent pas venir au contact avec les arrondis R des

bases des branches.

Un troisième mode de réalisation de la présente invention va

maintenant être décrit plus en détail, en référence aux figures 5 à 7.

En référence aux figures 5 à 7, 11 désigne un corps de spirale, et les références 11a et 11b désignent respectivement une branche et une plaque latérale. Des arrondis R de rayons S 'S1 sont façonnés sur la base et la pointe de la branche uniquement dans la région comprise entre les points a et b dans une zone terminale intérieure de la branche lia dans

laquelle les deux éléments de spirale ne sont pas engagés l'un dans l'au-

tre. Comme pour la pointe de la branche, un chanfrein peut être effectué.

On choisit de manière convenable les dimensions de l'arrondi R et du chanfrein, de telle manière que les deux éléments de spirale ne puissentpas venir au contact l'un de l'autre pendant leur rotation. L'élément de

spirale complémentaire présente une configuration similaire. De cette ma-

nière, les branches 11a, 12a s'engagent dans la zone comprise entre les

points a et b de la figure 5, comme le montre la vue en coupe de la figu-

re 7. Dans ce cas, l'arrondi R de rayon s est façonné sur l'angle formé par la branche et la plaque latérale sans réduction de l'épaisseur de la paroi de la partie terminale intérieure de la branche, ce qui se traduit

par une amélioration de la résistance de cette dernière, proportionnelle-

ment à l'arrondi R façonne sur la partie angulaire. En outre, les zones

dans lesquelles les deux éléments de spirale s'engagent l'un dans l'au-

tre, sont identiques à celles d'un élément conventionnel, les performan-

ces de ce troisième mode de réalisation étant ainsi similaires à celles

d'un élément conventionnel.

Quatrième mode-de réalisation.

* Sur la figure 2 concernant le premier mode de réalisation, il est suggéré de façonner le grand arrondi R à la base de la partie terminale

- 13 -

intérieure de la branche de l'élément de spirale. A présent, pour façon-

ner le grand arrondi R suggéré à la base de la branche centrale en vue de

minimiser le volume de fluide présent à ce stade du processus d'évacua-

tion, il est proposé (1) de réduire l'épaisseur de paroi de la branche proportionellement à l'arrondi R, et (2) de chanfreiner la pointe de la branche de telle manière qu'elle ne puisse pas venir en contact avec l'arrondi R à la base de la branche. Toutefois, la solution (1) tend à diminuer la résistance, et la solution (2) tend à accroître le coût de

manière désavantageuse, en raison de l'utilisation d'une fraise présen-

tant une forme particulière.

Pour ces raisons, l'épaisseur de paroi de la branche est réduite

proportionnellement à la moitié de l'arrondi original R, en vue d'empê-

cher cet arrondi R de venir au contact de l'élément de spirale complémen-

taire dans la partie de base terminale intérieure de la branche.

Le quatrième mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit plus en détail, en référence aux figures 8 et 9 dans lesquelles 11 désigne un corps de spirale, et 11a une branche du corps de spirale 11. Dans une zone sujette à une forte concentration de contraintes, c'est-à-dire à la base d'une extrémité intérieure de la branche 11a, un arrondi R est façonné, de manière identique à celui de la figure 2 concernant le premier mode de réalisation. L'épaisseur de paroi de la branche est diminuée de la moitié de la valeur de l'arrondi R. 11b

désigne une plaque latérale du corps de spirale 11.

Une telle configuration permet de minimiser la réduction d'épais-

seur de la paroi de la branche, et d'empêcher la concentration de con-

traintes sur la base de la branche.

L'épaisseur de la paroi de la branche étant réduite d'une valeur correspondant à la moitié de R, dans le but d'empêcher l'arrondi R à la base de la partie terminale intérieure de la branche de venir au contact de l'élément de spirale complémentaire, la diminution de l'épaisseur de

la paroi de la branche peut ainsi être réduite à un minimum, ce qui per-

met de confectionner la branche de spirale en perdant le moins possible

de résistance.

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Cinquième et sixième modes de réalisation.

Les cinqi&ème et sixième modes de réalisation de la présente in-

vention vont maintenant être décrits plus en détail, en référence aux fi-

gures 10 à 13.

Sur les figures 10 et 11, qui représentent un cinquième mode de réalisation, un élément de spirale 11 est pourvu d'une branche de spirale 11a et d'une plaque latérale 11b qui est moulée en une seule pièce, au

moyen d'un usinage d'ébauche tel que le forgeage, la coulée, ou le moula-

ge par injection. Dans ce cas, dans une partie terminale intérieure de la branche 11a, c'est à dire dans une partie angulaire formée par la branche lia et de la plaque latérale 11b, on façonne un arrondi R ayant un rayon

de courbure g dans-une région comprise entre les points a et b dans la-

quelle la branche va commencer à venir au contact avec celle de l'élément

de spirale complémentaire. Ensuite, on projette, sur l'arrondi R de l'é-

lément de spirale qui est encore à l'état d'ébauche non finie, un mélange d'un liquide et de particules solides telles que des billes en acier, des billes de verre ou des particules abrasives, présentant chacune un rayon de courbure inférieur ou égal à 3. Les zones de la branche autres que celle sur laquelle est projeté ce mélange ainsi que la totalité de la

plaque latérale sont alors soumises à un traitement de finition mécani-

que. Le traitement de projection de-particules solides peut être effectué

après l'usinage de finition mécanique.

Dans le sixième mode de réalisation, comme le montrent les figu-

res 12 et 13, un évidement peut être formé dans la plaque latérale, à la base de la partie terminale intérieure de la branche 11a, en moulant en une seule pièce l'élément de spirale, opération au cours de laquelle un arrondi R0 ayant un rayon de courbure s est formé sur l'angle formé par

la branche 11a et la plaque latérale 11b.

Dans le cinquième mode de réalisation, l'arrondi de rayon de

courbure s est présent sur l'angle formé par la partie terminale inté-

rieure de la branche et la plaque latérale, et cet arrondi est doté d'une contrainte de compreession résiduelle grâce à la projection de particules solides. En outre, la résistance à la fatigue de la partie arrondie est augmentée en même temps que la dureté superficielle. La figure 14 montre le rapport de la résistance à la fatigue de l'élément de spirale PS selon

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le présent mode de réalisation, et celle d'un élément conventionnel CS.

Les conditions d'obtention des résultats illustrés sur cette figure com-

portent l'utilisation d'un alliage d'aluminium moulé pour le matériau des

éléments de spirale, une machine d'essai constituée par une machine d'es-

sai à la fatigue par flexion plane du type Schenk, un nombre de cycles d'essai de 1800 cycles par minute, et une température d'essai égale à la

température ambiante.

Un septième mode de réalisation de la présente invention va main-

tenant être décrit plus en détail, en référence aux figures 17 et 18.

Comme le montrent les figures 17 et 18, un arrondi complet ayant

un rayon de courbure R relativement grand, suffisant pour donner une ré-

sistance à la fatigue à une branche 11a, est ébauché à l'angle formé par au moins une partie de base terminale intérieure de la branche 11a et une surface intérieure 11d d'une plaque latérale 11b d'un élément de spirale 11, au moyen d'un outil de fraisage en bout. Ensuite, comme le montrent les figures 15 et 16, un arrondi relativement petit ayant un rayon de courbure R2 qui n'est pas susceptible de venir au contact d'une partie terminale de pointe de la branche de l'élément de spirale complémentaire, est également façonné, au moyen d'un outil de fraisage en bout, à l'angle formé par la base de la branche 11a et la surface intérieure 11d de la plaque latérale 11b, dans des plages périphériques M et N situées au-delà des points a et b de la branche 11a de l'élément 11, les plages M et N susmentionnées étant des zones qui commencent à venir au contact avec la branche de l'élément complémentaire. En outre, dans une plage L comprise

entre les points a et b, une zone de la surface intérieure tld de la pla-

que latérale 11b qui est placée à une certaine distance d'une surface la-

térale de la branche 11a, est ébauchée au moyen de l'outil de fraisage en

bout, l'arrondi susmentionné de rayon R1 étant laissé tel quel.

Ces opérations d'usinage peuvent être réalisées au moyen d'un ou-

til de fraisage en bout dont la pointe d'attaque a un rayon de courbure R pour l'ébauchage, et au moyen d'un outil de fraisage en bout dont la i pointe d'attaque a un rayon de courbure R2 pour la finition. En outre il est préférable que le rayon de courbure R1 soit au moins dix fois plus grand que le rayon de courbure R2. Aux angles formés par les parties de

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base autres que la partie o se concentrent les contraintes, c'est-à-dire la partie terminale intérieure de la branche lia de l'élément de spirale 11 et la surface intérieure lld de la plaque latérale 11b, un angle droit

peut être façonné d'une manière conventionnelle, ou bien l'arrondi rela-

tivement petit de rayon de courbure R2 peut être façonné directement au moyen d'un outil de fraisage en bout, de telle manière que lesdites zones

en angle ne puissent pas venir au contact de la partie terminale de poin-

te de la branche de l'élément de spirale complémentaire. Si l'on dispose

sur la plaque latérale de l'élément de spirale une plaque de fond résis-

tante à l'usure, la pointe d'attaque de l'outil de fraisage en bout de finition doit présenter sélectivement un rayon de courbure R2 de maniere à ne pas interférer avec un rayon de courbure de la partie terminale de

la plaque de fond.

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Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Machine à fluide du type à spirale, comprenant deux éléments de spirale (11, 12) s'engageant l'un dans l'autre et comportant chacun

une plaque latérale (11b, 12b) et une branche de spirale (11a, 12a) dis-

posée verticalement sur une surface intérieure (11d, 12d) de ladite pla-

que latérale, dans laquelle les volumes de fluide contenus dans des cham-

bres étanches définies par les deux éléments de spirale engagés l'un dans l'autre se modifient lorsque lesdits éléments de spirale tournent l'un par rapport à l'autre avec un mouvement relatif orbital, pour évacuer un gaz hors desdites chambres, ladite machine à fluide étant caractérisée en ce qu'elle est constituée de telle manière que des contraintes ne

peuvent se concentrer dans les angles formés par les parties de base ter-

minales intérieures des branches des éléments de spirale et les surfaces

intérieures des plaques latérales.

2. Machine à fluide du type à spirale selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un arrondi (R) est façonné uniquement sur chaque

partie de base terminale intérieure de ladite branche (11a, 12a) de l'é-

lément de spirale (11, 12), pour prévenir la concentration de contraintes sur la partie angulaire formée par la partie de base de la branche (11a,

12a) et la surface intérieure (11d,12d) de la plaque latérale (11b, 12b).

3. Machine à fluide du type à spirale selon la revendication 1,

caractérisée en ce que des arrondis (R) sont façonnés à la base desdi-

tes parties terminales intérieures des branches (11a, 12a) des deux élé-

ments de spirale (11, 12), et en ce que des arrondis (R) ou des chan-

freins sont façonnés sur les parties terminales de pointe des branches

complémentaires de manière à ne pas venir au contact avec lesdits arron-

dis (R) des bases de ces dernières.

4. Machine à fluide du type à spirale selon la revendication 1,

caractérisée en ce que des arrondis (R) sont façonnés à la base desdi-

tes parties terminales intérieures des seules branches (11a,12a) des deux éléments de spirale (11, 12), et en ce que l'épaisseur de la paroi de

chaque branche (11a,12a) est réduite d'une valeur correspondant à la moi-

tié de l'arrondi (R) sur chaque face de ladite branche, pour empêcher

cette dernière de venir en contact avec la branche de l'élément de spira-

le complémentaire.

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5. Machine à fluide du type à spirale, comprenant deux éléments de spirale (11,12) s'engageant l'un dans l'autre et comportant chacun une plaque latérale (11b, 12b) et une branche de spirale (11a, 12a) disposée

verticalement sur une surface intérieure (11d, 12d) de ladite plaque la-

térale, dans laquelle les volumes de fluide contenus dans des chambres étanches définies par les deux éléments de spirale engagés l'un dans l'autre se modifient lorsque lesdits éléments de spirale tournent l'un par rapport à l'autre avec un mouvement relatif orbital, pour évacuer un gaz hors desdites chambres, ladite machine à fluide étant caractérisée

en ce que lesdits éléments de spirale sont soumis à un traitement de fi-

nition réalisé en projetant sur des arrondis (R) présentant chacun un ra-

yon de courbure au niveau des angles formés par les parties de base terminales intérieures des branches (11a, 12a)et les surfaces intérieures (11d, 12d) des plaques latérales (11b, 12b) des éléments de spirale (11, 12), des particules solides dont le diamètre est inférieur audit rayon de courbure y, et en soumettant à une finition mécanique les zones desdites

branches et desdites plaques latérales différentes des zones sur lesquel-

les lesdites particules solides ont été projetées.

6. Procédé pour confectionner les éléments de spirale utilisés dans une machine à fluide du type à spirale comprenant deux éléments de

spirale engagés l'un dans l'autre et comportant chacun une plaque latéra-

le et une branche de spirale disposée verticalement sur une surface inté-

rieure de ladite plaque latérale, et dans laquelle les volumes de fluide contenus dans des chambres étanches définies par les deux éléments de spirale engagés l'un dans l'autre se modifient, lorsque lesdits éléments de spirale tournent l'un par rapport à l'autre avec un mouvement relatif orbital, pour évacuer un gaz hors desdites chambres; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à ébaucher, au moyen d'un outil de fraisage en bout, chaque partie angulaire formée par une partie de base terminale intérieure de la branche et la surface intérieure de la plaque latérale de l'élément de spirale de manière à former un arrondi complet

ayant un rayon de courbure relativement grand qui est suffisant pour con-

férer à la branche une résistance à la fatigue, et à réaliser sur chaque partie angulaire, au moyen d'un outil de fraisage en bout, la finition d'un arrondi ayant un rayon de courbure relativement petit qui ne vient

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pas au contact d'une partie terminale de pointe de la branche de l'élé-

ment de spirale complémentaire.