FR2927137A1 - Dispositif de conversion de mouvement entre translation alternative et rotation - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de conversion de mouvement entre une translation et une rotation comporte :- un élément de transmission destiné à se mouvoir alternativement en translation dans le sens de sa longueur et présentant une fente centrale, une pluralité de flancs longitudinaux, et au moins une denture sur un de ses flancs,- un arbre central de rotation, destiné à tourner dans un unique sens de rotation, positionné de manière à traverser la fente centrale de la tige,- un pignon ou plusieurs pignons, au moins partiellement denté(s) fixé(s) indexé(s) sur l'arbre central, pour engrener avec ladite denture, lorsque celle-ci se déplace dans un sens de translation donné,des moyens de liaison du type glissière pour le guidage en translation de l'élément de transmission par rapport à l'axe longitudinal de l'arbre central, etdes moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires, au moins en partie portés par l'élément de transmission, et destinés à coopérer entre eux pour assurer le ralentissement du mouvement de translation de l'élément de transmission avant le point mort bas ou avant le point mort haut, pour définir une position précise d'arrêt de ce mouvement et pour amorcer le mouvement inverse de translation de l'élément de transmission par rapport à l'arbre central de rotation.
Description
La présente invention a pour objet un dispositif de conversion de mouvement entre une translation alternative et une rotation continue (ou inversement). On connaît déjà une grande variété de tels dispositifs de conversion ; la présente invention vise, de manière générale, à perfectionner ces dispositifs afin d'en améliorer le fonctionnement et/ou d'en augmenter le rendement. En particulier, la présente invention vise à perfectionner les moteurs à pistons, par le remplacement de l'attelage bielles/vilebrequin par un système mécanique plus performant pour la conversion du mouvement de translation alternative du piston en un mouvement de rotation continue de l'arbre de sortie.
A l'inverse, l'invention s'applique également aux pompes et compresseurs assurant une conversion d'un mouvement de rotation continue en un mouvement de translation. On utilise traditionnellement, pour la conversion de mouvement linéaire alternatif en mouvement rotatif continu, des mécanismes de type piston- bielle-manivelle, ou piston-bielle-vilebrequin, en particulier dans le domaine des moteurs thermiques, où ces types de mécanismes sont employés depuis des décennies. Ils sont également utilisés dans certaines pompes et compresseurs. Ces mécanismes présentent l'avantage d'être simples, robustes et d'assurer les fonctions : - de transformation du mouvement de translation du piston en mouvement de rotation (et inversement), de délimitation de la course de translation alternative, d'inversion du mouvement du piston au niveau des points morts extrêmes (classiquement appelés points morts haut et bas), et 30 - du retour du piston en position initiale. Cependant, ces mécanismes présentent les inconvénients suivants : (a). un fonctionnement en opposition de force. Lorsque le piston est au point mort haut (PMH), c'est-à-dire dans sa configuration d'enfoncement maximum dans son cylindre, la bielle est sensiblement perpendiculaire à l'axe du vilebrequin de sorte que l'effet de bras de levier sur le vilebrequin est quasiment nul. Ce n'est que lorsque la bielle présente un angle substantiel par rapport à la direction de mouvement du piston qu'un couple effectif est appliqué au vilebrequin ; on comprend que cette configuration n'exploite pas de manière optimale l'énergie développée par l'explosion dans la chambre du piston et la poussée correspondante sur le piston. (b). Un frottement important de la jupe du piston sur la chemise. En effet, les gaz de combustion exercent une poussée verticale et perpendiculaire à la tête de piston. Le piston retransmet cette poussée via la bielle qui, comme expliqué ci-dessus, passé le PMH, travaille en oblique sur 180° jusqu'au point mort bas (PMB). Il s'exerce ainsi sur le piston une force transversale dont la résultante opposée tend à écraser la jupe de celui- ci contre la chemise du cylindre avec deux conséquences : une perte supplémentaire de rendement par frottement et l'obligation d'avoir des jupes de pistons longues pour assurer le guidage du piston dans la chemise ; (c). Une course morte sur 45° avant le PMB. Pendant celle-ci le piston ne se déplace que modérément. Par conséquent, pendant cette course, seule une force minime est transmise au vilebrequin. Cette course morte permet néanmoins de ralentir le mouvement du piston dans le cylindre avant son arrêt puis l'inversion de son mouvement de translation ; (d). Tous les phénomènes décrits plus haut se répètent à l'identique et de manière symétrique dans la course de remontée jusqu'au PMH. ; c'est après le franchissement de ce point mort bas que l'ensemble de la bielle et du vilebrequin amorce puis réalise la remontée du piston dans le cylindre jusqu'au point mort haut.
On comprend que ce type de construction n'exploite pas de manière optimale la combustion dans la chambre et la poussée correspondante sur le piston. Ceci a un impact négatif sur le rendement et par conséquent, sur la puissance et le couple restitués, la consommation de carburant et les émissions polluantes. Des commentaires similaires peuvent être formulés à propos des pompes et compresseurs utilisant ce même type de construction.
On connaît de l'état de la technique un certain nombre de systèmes (dans les moteurs ou dans les compresseurs) visant à remplacer l'attelage bielle/vilebrequin afin de tenter de palier aux inconvénients énumérés ci-dessus. Il a ainsi été déjà proposé que l'ensemble bielle/vilebrequin soit remplacé par un élément de transmission denté engrenant avec un ou des pignons qui entrainent à leur tour un arbre de sortie. Un dispositif mécanique spécifique de transmission du mouvement est prévu de manière à convertir le mouvement de translation alternatif de l'élément de transmission en une rotation à sens unique de l'arbre de sortie.
On connaît ainsi notamment les documents suivants : (a). FR-1 367 461 (Moeykens) et DE-4 201 569 (Werner) qui sont relatifs à des moteurs sans vilebrequin du type décrit ci-dessus. Dans les mécanismes exposés dans ces deux documents, les fonctions de limitation de course du piston, d'inversion du mouvement du piston lorsque celui-ci se trouve en fin de course (PMH ou PMB), et du retour de celui-ci à sa position initiale en vue d'un nouveau cycle de combustion, sont assurées par la compression puis la combustion au niveau du cylindre opposé. En effet, ces documents ne considèrent qu'une construction à pistons opposés (moteurs appelés moteurs de type boxer ou moteurs avec un nombre pair de cylindres à plat, appelés communément Flat twin , Flat four , Flat six etc. en fonction du nombre de cylindres). D'autre part, une excellente synchronisation des explosions, donc de l'allumage, est nécessaire dans chacune des deux 4 chambres pour éviter que l'un des pistons ne vienne en butée contre le fond de la chambre de combustion (risquant ainsi d'endommager irréversiblement le moteur). Qui plus est, avec les systèmes d'allumage modernes, permettant de gérer l'avance à l'allumage à chaque cycle, il est fondamental de s'assurer de l'amorce de mouvement de retour, pour éviter qu'une explosion avancée n'inverse le sens de rotation du moteur. En effet, dans certains moteurs, l'avance à l'allumage est commandé à chaque cycle, c'est-à-dire avant chaque explosion ; il peut donc arriver que l'explosion peu de temps avant le PMH pour initier la combustion dans la chambre. Dans ce cas il faut s'assurer que la poussée sur le piston n'intervient pas avant que le PMH ait été franchi, faute de quoi cette poussée pourrait tendre à inverser le sens de rotation de l'arbre du moteur. (b). Du document N° RU - 2 109 152 de 1998. Ce document décrit un moteur sans vilebrequin du type décrit ci-dessus, dans lequel l'arbre traverse un élément de transmission traversé par une fente longitudinale dont les flancs sont dentés ; un pignon centré sur l'arbre vient alternativement en prise avec l'un ou l'autre des deux flancs, sous l'action d'un galet formant came, provoquant, au franchissement de chaque point mort haut ou bas un basculement de l'élément de transmission d'un côté ou de l'autre de l'axe longitudinal du piston, de manière, en ce point mort haut ou bas, à garantir que le pignon quitte la denture de l'un des flancs pour venir en prise avec la denture de l'autre des flancs. L'élément de transmission subit donc, en chaque point mort, un mouvement transversal brusque en combinaison avec une inversion brusque du sens du mouvement de translation de cet élément de transmission. Ce type de construction occasionne donc des contraintes mécaniques considérables sur l'élément de transmission et sur l'arbre moteur, tant suivant la direction de translation que transversalement à celle-ci. (c). Du document FR-99 11202 (Bruneau). Le mécanisme prévoit des dispositifs de butée escamotable ayant pour effet de limiter la course de l'élément de transmission. Les cinématiques décrites dans ce document laissent apparaître également des pignons satellites dentés situés de part et d'autre de l'arbre moteur et venant s'engrener alternativement sur la denture extérieure de l'élément de transmission. II ressort de ces cinématiques que ces éléments satellites sont montés sur des leviers basculants permettant d'accoupler et de désaccoupler de manière sélective les pignons dentés satellites, afin de permettre une inversion sens de translation de l'élément de transmission et d'assurer un sens de rotation constant à l'arbre moteur. Cependant, si ce mécanisme limite la course de l'élément de transmission et semble permettre une inversion du sens de translation de l'élément de transmission, ce dispositif est compliqué à mettre en oeuvre, comporte un grand nombre de pièces, et de ce fait, s'avère complexe à fabriquer, cher et peu fiable. En outre, ce système n'offre pas de moyen de limitation fiable et certain de la course de l'élément de transmission entre le PMH et le PMB à chaque cycle. Il apparaît ainsi que les systèmes connus mettant en oeuvre un élément de translation denté attelé à un piston et un arbre portant un pignon coopérant directement ou indirectement avec cet élément de translation augmentent le rendement par rapport à une construction du type bielle/vilebrequin, mais ne prévoient pas les moyens d'assumer les fonctions accessoires de cette construction, concernant le ralentissement du piston à l'approche du point mort bas, la définition précise de ce point mort bas et l'amorce du mouvement inverse.
L'invention a pour objet d'une manière générale d'éliminer, d'une part, l'attelage bielle vilebrequin et ses défauts, et, d'autre part, de perfectionner le type de moteurs sans vilebrequin décrit ci-dessus en sorte d'assumer les fonctions accessoires de ce type de construction.. Plus particulièrement, la présente invention vise à fournir un dispositif fiable et économique permettant de remplir les trois fonctions remplies par l'ensemble bielle-vilebrequin dans un moteur conventionnel, c'est-à-dire la transformation du mouvement de translation alternatif du piston en mouvement de rotation continu, mais aussi l'inversion sans à-coups du mouvement du piston, et son retour à la position initiale, tout en étant suffisamment compact et universel pour équiper après coup des moteurs existants quelque soit l'agencement de leurs cylindres (en ligne, en V, etc.). Elle vise de même à assurer l'ensemble des fonctions d'un ensemble bielle-vilebrequin dans une application de conversion d'un mouvement de rotation continue en un mouvement alternatif de translation.
L'invention propose ainsi un dispositif de conversion de mouvement entre une translation et une rotation comportant : - un élément de transmission destiné à se mouvoir alternativement en translation dans le sens de sa longueur et présentant une fente centrale, une pluralité de flancs longitudinaux, et au moins une denture sur un de ses flancs, - un arbre central de rotation, destiné à tourner dans un unique sens de rotation, positionné de manière à traverser la fente centrale de la tige, - un pignon ou plusieurs pignons, au moins partiellement denté(s) fixé(s) indexé(s) sur l'arbre central, pour engrener avec ladite denture, lorsque celle-ci se déplace dans un sens de translation donné, caractérisé en ce que ce dispositif comporte des moyens de liaison du type glissière pour le guidage en translation de l'élément de transmission par rapport à l'axe longitudinal de l'arbre central, et des moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires, au moins en partie portés par l'élément de transmission, et destinés à coopérer entre eux pour assurer le ralentissement du mouvement de translation de l'élément de transmission avant le point mort bas ou avant le point mort haut, pour définir une position précise d'arrêt de ce mouvement et pour amorcer le mouvement inverse de translation de l'élément de transmission par rapport à l'arbre central de rotation.
Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, éventuellement combinées : 7 - ce dispositif est monté dans un carter et les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux, sont en partie portés par le carter et en partie par l'élément de transmission ; de manière préférée, ces moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux, assurent également le guidage de l'élément de transmission ; de manière également préférée, ces moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux sont des amortisseurs à double détente (succion et compression) dont le tarage détermine un amortissement avant la fin de la course de translation de l'élément de transmission, une butée hydraulique ou pneumatique de l'élément de transmission et une accélération en sens inverse de l'élément de transmission, passé le point de butée, - les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux, sont en partie portés par l'élément de transmission et en partie par l'arbre ; de manière avantageuse, ces moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques destinés à coopérer entre eux comportent un galet monté sur l'arbre central, décalé axialement par rapport au pignon denté et adapté à porter contre un poussoir coulissant porté par l'élément de transmission à chaque extrémité de sa fente ; en variante, ces moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques destinés à coopérer entre eux, comportent un galet monté sur l'arbre central et une pièce transversale articulée à une de ses extrémités sur l'élément de transmission, d'un côté de la fente, et dont l'autre extrémité porte sur un poussoir hydraulique ou pneumatique porté par l'élément de transmission de l'autre côté de la fente, - ce dispositif comporte un carter dans lequel sont montés l'élément de transmission et l'arbre central et les moyens de liaison du type glissière comportent une ou plusieurs tiges parallèles à la direction de translation venant coulisser dans une partie femelle dédiée, cette tige et cet élément femelle étant répartis entre l'élément de transmission et ce carter, - les flancs de la fente sont parallèles et inclinés par rapport à la direction de translation de l'élément de translation, le pignon denté présentant un rayon variable dimensionné en sorte de compenser ladite inclinaison ; cela 8 permet de garder un couple constant tout au long de la course de translation de l'élément de transmission, - ce dispositif est monté dans un carter de moteur, avec un piston relié à l'élément de transmission, celui-ci étant formé d'un assemblage de plusieurs pièces adapté à être monté et démonté à partir du bas moteur ; cela facilite la maintenance du dispositif ; cela permet en outre d'équiper a posteriori un moteur avec un dispositif conforme à l'invention, même s'il a été initialement équipé d'un ensemble bielle/vilebrequin.
Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif non limitatif, donnée en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un élément de transmission d'un dispositif de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un arbre central adapté à coopérer avec cet élément de transmission, la figure 3 est un assemblage de cet arbre central engagé dans la fente de l'élément de transmission de la figure 1, la figure 4 est un assemblage d'un autre élément de transmission 20 coopérant avec un autre arbre central, la figure 5 est une vue de face d'un dispositif conforme à l'invention, selon une première forme particulière de réalisation, la figure 6 est une vue de face d'un autre dispositif conforme à l'invention, selon une autre forme particulière de réalisation, 25 la figure 7 est une vue de face d'encore un autre dispositif conforme à l'invention, selon encore une autre forme de réalisation, la figure 8 est une vue de face d'encore un autre dispositif conforme à l'invention, selon une configuration permettant l'application d'un couple constant, et 30 la figure 9 est un schéma montrant une variante de réalisation de l'exemple de réalisation de la figure 6. 9 Un dispositif de conversion de mouvement entre translation et rotation du type moteur conforme à l'invention comporte : (a). Un élément de transmission 1 destiné à se mouvoir alternativement en translation dans le sens de sa longueur et présentant une fente centrale 2, destinée à permettre le passage d'un arbre moteur 3, un ou plusieurs flancs longitudinaux 4 et 5, et au moins une denture 6 sur un de ses flancs, (b). cet arbre moteur central 3 destiné à tourner dans un unique sens de rotation et venant typiquement en sortie s'accoupler au volant moteur 10 et aux éléments de transmission de l'objet équipé de ce moteur. (c). Au moins un pignon (ou une roue) 7, totalement ou partiellement denté, fixé indexé sur l'arbre moteur pour engrener avec la denture 6 de l'élément de transmission lorsque celui-ci se déplace dans un sens de translation donné, 15 (d). Une configuration appropriée du pignon (ou de la roue) et de l'élément de transmission pour n'accoupler en rotation ledit pignon denté ou ladite roue dentée et l'élément de transmission que lorsque l'élément de transmission se déplace dans un sens de translation donnée et ce, afin de convertir le mouvement de rotation alternatif du pignon denté ou de la roue 20 dentée en un mouvement de rotation continu de l'arbre central. Symétriquement ce mécanisme sélectif déclenche le désaccouplement du pignon ou de la roue, avec l'élément de transmission lors du changement de sens de translation de l'élément de transmission ; cet accouplement sélectif est assuré par la présence des dentures sur les flancs de la fente et sur le pignon uniquement sur des 25 zones appropriées ; (e). Un dispositif mécanique, hydraulique ou pneumatique permettant d'amortir le mouvement avant le PMH et le PMB et l'inversion du mouvement de translation de l'élément de transmission (cela ressort notamment des figures 5 à 9). 30 Certaines particularités peuvent être notées, qui sont avantageusement combinées : 10 (a). Le positionnement de l'arbre central. Celui-ci est positionné au travers de la fente centrale de l'élément de transmission, (b). Un mécanisme mécanique, hydraulique ou pneumatique assure seul ou en collaboration avec d'autres parties du bloc moteur, une butée fiable et précise des fins de course en PMH et PMB. L'élément de transmission et l'arbre présentent des moyens mécaniques hydrauliques ou pneumatiques complémentaires, destinés à coopérer entre eux pour former deux butées de fin de course délimitant alternativement la course de l'élément de transmission en translation par rapport à l'arbre central de rotation. Cette butée peut également être délimitée par les éléments de guidage et d'amortissement décrits ci-dessous. Ainsi la limitation de la course de l'élément de transmission est réalisée de manière particulièrement simple, compacte et robuste. De plus, elle est inhérente au système. En outre, ce mécanisme de limitation de course, puisqu'il assure une butée sure et fiable à chaque cycle, n'impose pas de recourir à une architecture moteur comportant des pistons en opposition. Ceci autorise une grande liberté dans le choix de l'architecture moteur, et en particulier l'architecture en ligne et en V qui est celle de la quasi totalité des moteurs existants. (c). La gestion de l'inversion du mouvement translatif par 20 rapport à l'arbre, de l'élément de transmission. Pour assurer cette gestion, diverses variantes sont proposées : i. soit un système mécanique, hydraulique ou pneumatique positionné sur l'élément de transmission. Ce mécanisme amortit le mouvement de l'élément de transmission jusqu'à la butée définissant la fin de course et 25 permet, au moment de la mise en butée, au pignon denté indexé sur l'arbre moteur de se désaccoupler de la denture de l'élément de transmission qu'il engrenait lors du mouvement translatif précédent la fin de course, pour engrener de manière précise et fiable la denture demeurée libre de l'élément de transmission ; 30 ii. soit un système mécanique ou hydraulique positionné sur les tiges verticales males et femelles de guidage décrites au point suivant, de manière à assurer l'amortissement aux points de fin de course et à définir des points de butée fiables. iii. soit un élément, éventuellement excentrique, pouvant être un galet ou un roulement, monté indexé sur l'arbre et suivant une surface de l'élément de transmission ; la piste située dans la partie évidée de l'élément de transmission sur laquelle se déplace le roulement excentré a un rayon de courbure plus faible que celui de la courbe que suivrait ce roulement s'il se déplaçait sans contrainte (du simple fait du mouvement engendré par sa propre rotation conjuguée au mouvement linéaire de l'élément de transmission.). De ce fait, pour un secteur angulaire donné et donc un temps donné, la distance longitudinale parcourue par le roulement contraint à suivre sa piste est plus courte que celle qu'il aurait parcourue en l'absence de contrainte. La diminution de la distance parcourue en un temps donné implique nécessairement la diminution de la vitesse de déplacement. Celle-ci étant la résultante de la vitesse de rotation du roulement excentré (fixe par nature puisque lié à la vitesse de rotation de l'arbre moteur) et de la vitesse de déplacement linéaire de l'élément de transmission, c'est donc cette vitesse de déplacement linéaire qui diminue provoquant ainsi le ralentissement de l'élément de transmission et l'amortissement de son mouvement. (d). Le guidage de l'élément de transmission. Un tel guidage garantit que l'élément de transmission suit bien un mouvement de translation sans mouvement transversal, contrairement notamment à l'enseignement du document russe précité. Ce guidage est par exemple assuré par deux roulements coaxiaux de guidage montés sur l'arbre de part et d'autre de l'excentrique (s'il existe). Ils suivent chacun une piste située sur la surface intérieure de la fente centrale. Les deux pistes sont parallèles l'une à l'autre. L'ensemble roulements-pistes assure le guidage en translation de l'élément de transmission. Il permet de plus une meilleure répartition des forces dans l'élément de transmission pendant la phase de ralentissement avant la butée et pendant l'amorce de l'inversion du mouvement. Ce guidage peut être également assuré ou complété par une ou plusieurs tiges ou éléments d'amortissement verticaux, rendus solidaires du moteur et venant 12 s'insérer dans une ou plusieurs parties femelles fixées ou usinées sur l'élément de transmission.
Tel que représenté aux figures 1 à 3, ou à la figure 4, un dispositif permettant d'assurer la conversion du mouvement linéaire alternatif en mouvement circulaire continu présente les particularités suivantes : L'élément de transmission 1 comporte une fente centrale 2 dont les flancs 4 et 5 comportent de part et d'autre, sur toute sa longueur, une denture intérieure gauche 6A et une denture intérieure droite 6B. L'arbre moteur passe au travers de l'élément de transmission Sur l'arbre moteur, face aux dentures de l'élément de transmission est fixé un demi-pignon indexé sur l'arbre dont le diamètre est calculé pour permettre l'engrènement sur les dentures 6. Le demi-pignon porte alternativement sur la denture intérieure droite 6B de l'élément de transmission dans le mouvement de poussée entre le PMH et le PMB et sur la partie gauche 6A dans le mouvement de remontée situé entre le PMB et le PMH. Ce sens pourrait être inversé par commodité. La forme, la largeur et le positionnement des dents, du pignon et ou de l'élément de transmission sont calculées pour assurer que l'engrènement d'un côté ne se fasse qu'après le décrochage de l'autre pour éviter le blocage de l'ensemble. Il faut noter ici que les dessins, pour des raisons de clarté et de lisibilité, ne sont pas réalisées selon des dimensionnements réels mais qu'il est à la portée de l'homme de métier de définir les dimensionnements réels, en fonction des besoins à satisfaire. 2.5 A la figure 8, qui représente une variante de la figure 3, la denture 16A ou 16B de l'élément de transmission 11 peut également être orientée en biais par rapport à son axe vertical, tel que représenté en figure 8, sur laquelle un pignon 17, denté sur une partie de sa circonférence et dont le rayon est variable, est monté indexé sur l'arbre moteur 13. Les extrémités hautes et 30 basses de la partie dentée de l'élément de transmission décrivent une forme permettant la rotation libre dudit pignon au PMH et au PMB. L'excentrement, la forme et la largeur de ses dents sont calculés pour assurer que l'engrènement 13 d'un côté de la denture de l'élément de transmission ne se fasse qu'après le décrochage de l'autre pour éviter le blocage de l'ensemble. Les fonctions d'amortissement du mouvement de translation, de son arrêt et de son inversion peuvent être gérées au choix selon l'un des trois mécanismes dédiés à ces effets tels que décrits, notamment, dans les figures 5 à 7. Dans la variante représentée à la figure 4, le pignon unique est remplacé par deux demi pignons 7A et 7B non excentrés placés cote à cote, pouvant être légèrement décalés l'un par rapport à l'autre, fixés indexés à l'arbre moteur 3 et engrenant chacun sur une denture spécifique 6A' ou 6B', différent de celles des figures 1 et 3 par le fait que ces deux dentures sont dans des plans différents. Le flanc opposé à chacune de ces dentures est lisse, et le pignon ne peut donc pas venir en prise avec lui. Il est également possible d'excentrer le (ou les deux) demi pignon(s) et de lui (ou leur) donner une forme semi hélicoidale dont la géométrie est 15 calculée de manière à obtenir un couple constant. Ainsi que cela est schématisé à la figure 1 l'élément de transmission comporte des moyens de liaison du type glissière pour le guidage en translation de l'élément de transmission par rapport à l'axe longitudinal de l'arbre central ; ces moyens sont, sur cette figure 1, schématisés par une tige 8A coopérant 20 avec un tube femelle 8B en étant alignés parallèlement à la direction de translation de l'élément de transmission (dans l'exemple considéré, la tige est solidaire de l'élément de transmission tandis que le tube femelle est solidaire d'une embase 8C par rapport à laquelle l'élément de transmission et l'arbre central sont montés. 25 Un dispositif de conversion conforme à l'invention comporte en outre des moyens de ralentissement, de butée et d'inversion qui peuvent être, ou non, indépendants des moyens de guidage.
Trois exemples sont représentés aux figures 5 à 7, étant précisé 30 qu'un même dispositif peut combiner plusieurs moyens de guidage et/ou ralentissement/butée et d'inversion : 14 A û Ainsi que cela est représenté par la figure 5, un galet 21 lisse est indexé sur l'axe moteur en étant décalé axialement (ici en arrière) par rapport au pignon denté 7. L'élément de transmission comporte à chaque extrémité de sa fente, un poussoir coulissant 22A et 22B, respectivement situés au fond de chaque extrémité de la fente 2. Ces poussoirs 22A et 22B viennent en butée sur l'arbre moteur (en pratique sur le galet) un peu avant la fin de la course de l'élément de transmission 1. Chaque poussoir est engagé dans un logement axial prévu au fond de l'extrémité de la fente, en pratique contre un vérin hydraulique ou pneumatique 23A ou 23B, taré de manière à produire un amortissement du mouvement translatif en cours avant le point d'arrêt PMH ou PMB - qu'il définit - de ce mouvement et l'amorce de l'inversion de son mouvement (grâce à l'énergie stockée, de manière plus ou moins élastique, lors du ralentissement du mouvement de l'élément de transmission). En variante non représentée, le galet par lequel les poussoirs 15 viennent en butée contre l'arbre moteur est excentré et, le cas échéant, de forme oblongue, B - ainsi que cela est représenté à la figure 6, un galet 31 est monté sur l'arbre central 3 et une pièce transversale 32A (en partie basse) ou 32B (en partie haute) est articulée à une de ses extrémités sur l'élément de 20 transmission, d'un côté de la fente, et dont l'autre extrémité porte sur un poussoir hydraulique ou pneumatique 33A ou 33B porté par l'élément de transmission de l'autre côté de la fente. La figure 9 représente une variante de la figure 6 où le galet, repéré 31A est excentré et de forme oblongue, ce qui permet une plus grande efficacité pour le ralentissement et l'amorce du 25 mouvement inverse de translation. C û dans l'exemple de la figure 7, un amortisseur hydraulique ou pneumatique 41 (il peut y en avoir plusieurs) est disposé entre l'élément de transmission 1 et une embase 42 ( fixe par rapport au carter du moteur) ; dans l'exemple représenté, cet amortisseur comporte une tige 41A fixée à l'embase 30 42 et un logement tubulaire 41B ménagé dans l'élément de transmission (bien entendu, les positions de la tige et de son logement tubulaire peuvent être inversés). Cet amortisseur (ou ces amortisseurs lorsqu'il y en a plusieurs) est (sont) à double détente (compression et succion). La tige de l'amortisseur a une course légèrement supérieure à celle de la course totale de l'élément de transmission entre le PMH et le PMB. L'amortissement de cet élément est réglé de manière à produire ses effets en fin de course avant le PMH et le PMB et à former une butée hydraulique ou pneumatique à chacune de ces fins de course avant que les éléments de l'amortisseur ne viennent en butée mécanique les uns avec les autres. Selon une autre variante non représentée, un roulement excentré est positionné sur l'arbre moteur et circule sur la partie lisse de l'élément de transmission. Comme il est expliqué plus haut, cette partie lisse constitue une piste de roulement dont la courbe est calculée pour permettre l'amortissement du mouvement translatif de l'élément de transmission à l'approche des PMH et PMB, son arrêt en ces points et son accélération après leur franchissement.
Comme représenté à la figure 1, le guidage de l'élément de transmission peut être assuré par une ou plusieurs tiges verticales rendues solidaires du carter du moteur, et coulissant dans une partie femelle dédiée de l'élément de transmission. Cet élément peut se combiner ou se confondre avec les amortisseurs décrits ci-dessus.
Ainsi que cela est également représenté à la figure 3 ainsi qu'à la figure 4, le guidage de l'élément de transmission peut aussi être assuré par un (ou plusieurs) roulement(s) 3A fixé sur l'arbre moteur et suivant une piste lisse 1A longeant la fente de l'élément de transmission sur toute la longueur de celle-ci ; cette piste lisse est décalée axialement par rapport aux dentures longeant cette fente, étant en pratique formée sur chaque tranche de cette fente. Il est également possible de prévoir sur la piste sur laquelle roulent ces roulements des butées permettant de garantir de manière fiable et certaine, en collaboration ou non avec les autres mécanismes décrits ci-dessus (poussoirs et vérins hydrauliques par exemple), les fins de course.
Selon une forme de réalisation particulièrement intéressante, on combine la structure générale de la figure 3 ou 4, avec le système d'amortissement consistant en des poussoirs associés avec des vérins hydrauliques ou pneumatiques décrits à propos de la figure 5, associé au système de guidage assuré, soit par les roulements, soit par les tiges verticales décrites ci-dessus.
Il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être proposées notamment (l'élément de transmission étant en pratique assimilable à une tige) : -les moyens mécaniques complémentaires définissant deux butées de délimitation de la course alternative de la tige en translation comportent les extrémités de la fente centrale coopérant avec une portion de l'arbre lui-même, ou un élément monté sur l'arbre, - les moyens mécaniques complémentaires, destinés à coopérer entre eux pour définir des butées de délimitation de la course de la tige en translation comportent un élément excentrique monté indexé sur l'arbre, et une surface de butée solidaire de la tige, ladite surface présentant une inclinaison prévue pour coopérer avec l'excentrique de manière à amorcer une inversion du sens de translation de la tige lorsque celle-ci arrive en fin de course, - la surface formant buttée est conformée de manière à rencontrer l'élément excentrique avant la fin de la course, de manière à mettre l'excentrique à profit en fin de course pour ralentir le mouvement de translation avant d'atteindre la position de fin de course, - l'élément excentrique est un roulement monté de manière excentrique sur l'arbre central - deux roulements coaxiaux de guidage sont montés sur l'arbre de part et d'autre de l'excentrique et en ce que la surface intérieure de la fente centrale présente deux pistes de roulement parallèles respectivement pour chacun des deux roulements, les deux pistes étant sensiblement rectilignes et destinées au guidage en translation de la tige, - la surface intérieure de la fente présente en outre une piste centrale entre les deux pistes de guidage, la piste centrale étant profilée de manière à remplir conjointement avec le roulement excentré les fonctions de ralentissement de la translation en fin de course, de butée de fin de course, et d'amorce d'inversion de mouvement de translation, - le moyen mécanique de transmission de mouvement entre ladite roue dentée et l'arbre central est configuré pour permettre en outre la transmission sélective d'un mouvement de rotation de l'arbre central vers ladite roue dentée, - les moyens hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux pour permettre l'amortissement, l'arrêt et l'inversion du mouvement translatif de l'élément de transmission, sont rendus solidaires d'une partie fixe du moteur à l'une de leur extrémité et de l'élément de transmission à l'autre extrémité, - les moyens hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux pour permettre l'amortissement, l'arrêt et l'inversion du mouvement translatif de l'élément de transmission, assurent également une fonction de guidage de l'élément de transmission, - les moyens hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux pour permettre l'amortissement, l'arrêt et l'inversion du mouvement translatif de l'élément de transmission, sont des amortisseurs à double détente (sucions et compression) dont le tarage détermine un amortissement avant la fin de la course de l'élément de transmission, une butée hydraulique ou pneumatique de l'élément de transmission et, le cas échéant, une accélération en sens inverse de l'élément de transmission passé le point de butée, - les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux pour permettre l'amortissement, l'arrêt et l'inversion du mouvement translatif de l'élément de 2.5 transmission, sont solidaires de l'élément de transmission, - les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques destinés à coopérer entre eux pour permettre l'amortissement, l'arrêt et l'inversion du mouvement translatif de l'élément de transmission sont composés d'un pignon lisse excentré et, le cas échéant, de forme oblongue, est indexé sur l'axe 30 moteur devant le pignon denté. L'élément de transmission comporte à chaque extrémité de sa fente, un poussoir coulissant. Ces poussoirs viennent en butée sur l'arbre moteur un peu avant la fin de la course de l'élément de transmission.
Chaque poussoir est fixé à l'élément de transmission par l'une de ses extrémités, par un axe pivot traversant l'élément de transmission. A l'autre extrémité de chacun de ces poussoirs, et en dessous de ceux-ci, est fixée de manière solidaire avec l'élément de transmission, un poussoir hydraulique ou pneumatique, taré de manière à produire un amortissement du mouvement translatif en cours avant le point d'arrêt - qu'il défini - de ce mouvement et son inversion. Il peut par ailleurs, être taré de telle sorte à produire une détente juste avant le PMH et le PMB de telle sorte à permettre un mouvement d'accélération de l'élément de transmission facilitant le mouvement d'inversion, - les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux pour permettre l'amortissement, l'arrêt et l'inversion du mouvement translatif de l'élément de transmission, sont composés d'un ou plusieurs roulements glissants chacun sur une pistes dédiée de l'élément de transmission, laquelle comporte des butées permettant de définir de manière précise et fiable les fins de course au PMH et PMB, - il permet d'assurer le guidage de l'élément de transmission au moyen de une ou plusieurs tiges verticales rendue(s) solidaire(s) du moteur et venant coulisser dans une partie femelle dédiée de l'élément de transmission.20
Claims (10)
1. Dispositif de conversion de mouvement entre une translation et une rotation comportant : - un élément de transmission destiné à se mouvoir alternativement en translation dans le sens de sa longueur et présentant une fente centrale, une pluralité de flancs longitudinaux, et au moins une denture sur un de ses flancs, - un arbre central de rotation, destiné à tourner dans un unique sens de rotation, positionné de manière à traverser la fente centrale de la tige, - un pignon ou plusieurs pignons, au moins partiellement denté(s) fixé(s) indexé(s) sur l'arbre central, pour engrener avec ladite denture, lorsque celle-ci se déplace dans un sens de translation donné, caractérisé en ce que ce dispositif comporte des moyens de liaison du type glissière pour le guidage en translation de l'élément de transmission par rapport à l'axe longitudinal de l'arbre central, et des moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires, au moins en partie portés par l'élément de transmission, et destinés à coopérer entre eux pour assurer le ralentissement du mouvement de translation de l'élément de transmission avant le point mort bas ou avant le point mort haut, pour définir une position précise d'arrêt de ce mouvement et pour amorcer le mouvement inverse de translation de l'élément de transmission par rapport à l'arbre central de rotation.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est monté dans un carter et en ce que les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux, sont en partie portés par le carter et en partie par l'élément de transmission.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires30destinés à coopérer entre eux, assurent également le guidage de l'élément de transmission.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux sont des amortisseurs à double détente (succion et compression) dont le tarage détermine un amortissement avant la fin de la course de translation de l'élément de transmission, une butée hydraulique ou pneumatique de l'élément de transmission et une accélération en sens inverse de l'élément de transmission, passé le point de butée.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques complémentaires destinés à coopérer entre eux, sont en partie portés par l'élément de transmission et en partie par l'arbre.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques destinés à coopérer entre eux comportent un galet monté sur l'arbre central, décalé axialement par rapport au pignon denté et adapté à porter contre un poussoir coulissant porté par l'élément de transmission à chaque extrémité de sa fente.
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques destinés à coopérer entre eux comportent un galet monté sur l'arbre central et une pièce transversale articulée à une de ses extrémités sur l'élément de transmission, d'un côté de la fente, et dont l'autre extrémité porte sur un poussoir hydraulique ou pneumatique porté par l'élément de transmission de l'autre côté de la fente.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un carter dans lequel sont montés l'élément de transmission et l'arbre central et les moyens de liaison du type glissièrecomportent une ou plusieurs tiges parallèles à la direction de translation venant coulisser dans une partie femelle dédiée, cette tige et cet élément femelle étant répartis entre l'élément de transmission et ce carter.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les flancs de la fente sont parallèles et inclinés par rapport à la direction de translation de l'élément de translation, le pignon denté présentant un rayon variable dimensionné en sorte de compenser ladite inclinaison.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est monté dans un carter de moteur, avec un piston relié à l'élément de transmission, celui-ci étant formé d'un assemblage de plusieurs pièces adapté à être monté et démonté à partir du bas moteur.15
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