FR3083573A1 - Machine hydrostatique comportant une bague de came - Google Patents
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Abstract
Machine hydrostatique (1) comportant un stator (2) et un rotor (3). Le stator (2) comporte une surface cylindrique interne (21) de diamètre constant ainsi qu'une une bague de came (11) qui comprend, sur sa circonférence interne, un chemin de came (14), et qui est montée, par sa circonférence externe, dans la surface cylindrique interne (21). La machine hydrostatique comporte en outre deux roulements (23, 24) qui permettent la rotation du rotor (3) par rapport au stator (2) et qui sont montés sur la surface cylindrique interne (21) du stator (2), axialement de part et d'autre de la bague de came (11), la bague de came (11) et les deux roulements (23, 24) présentant le même diamètre externe.
Description
Machine hydrostatique comportant une bague de came
L’invention concerne le domaine de la mécanique et de l’hydraulique et concerne particulièrement une machine hydrostatique.
Les machines hydrostatiques présentent généralement une extrémité reliée à un bâti et une autre extrémité reliée à un élément tournant d'entrainement tel qu’une roue, une hélice ou un quelconque dispositif de transmission.
Une telle machine hydrostatique peut être employée comme moteur hydraulique. Elle est alors alimentée par un fluide hydraulique sous pression et entraîne en réponse l’élément tournant d'entrainement.
La machine hydrostatique peut également être employée comme pompe hydraulique. Elle reçoit alors un couple transmis par l’élément tournant d'entrainement et comprime en réponse le fluide hydraulique.
La demande de brevet FR3030381 décrit un moteur hydraulique comportant :
- un stator muni de fixations pour un bâti et comportant un chemin de came circonférentiel ;
- un rotor muni de fixations pour un élément tournant d’entrainement et comportant des pistons répartis circonférentiellement et adaptés à coopérer avec le chemin de came ;
- un distributeur hydraulique adapté à alimenter sélectivement en fluide hydraulique les pistons de sorte que la coopération des pistons avec le chemin de came corresponde à une rotation relative du rotor par rapport au stator.
Le but de l’invention est d’améliorer ce type de machines du point de vue de la compacité, de la robustesse, et du procédé de fabrication.
À cet effet, l’invention vise une machine hydrostatique comportant :
- un stator muni de fixations pour un bâti et comportant un chemin de came circonférentiel ;
- un rotor muni de fixations pour un élément tournant d’entrainement et comportant des pistons répartis circonférentiellement et adaptés à coopérer avec le chemin de came ;
- un distributeur hydraulique adapté à alimenter sélectivement en fluide hydraulique les pistons de sorte que la coopération des pistons avec le chemin de came corresponde à une rotation relative du rotor par rapport au stator.
La machine hydrostatique présente les caractéristiques suivantes :
- le stator comporte une surface cylindrique interne de diamètre constant ainsi qu’une une bague de came qui comprend, sur sa circonférence interne, le chemin de came, et qui est montée, par sa circonférence externe, dans la surface cylindrique interne ;
- elle comporte deux roulements qui permettent la rotation du rotor par rapport au stator et qui sont montés sur la surface cylindrique interne du stator, axialement de part et d’autre de la bague de came, la bague de came et les deux roulements présentant le même diamètre externe.
Un autre objet de l’invention vise un procédé de fabrication d’une machine hydrostatique comportant les étapes suivantes :
- usiner un tube d’acier pour roulements pour produire une bague de came présentant un chemin de came ;
- monter la bague de came et deux roulements sur un corps principal de rotor, la bague de came étant serrée entre les deux roulements, pour former un sousensemble ;
- insérer axialement le sous-ensemble dans un stator qui comporte une surface cylindrique interne de diamètre constant, les roulements et la bague de came venant se monter dans la surface cylindrique interne.
Une telle machine hydrostatique présente une compacité accrue, ce qui est particulièrement avantageux lorsque la machine hydrostatique est destinée à prendre place dans la roue d’un véhicule pour motoriser ce dernier. Dans ce dernier cas, plus la machine hydrostatique est compacte et plus elle est à même de se loger dans la jante du véhicule.
Sur la surface cylindrique interne du stator sont montés aussi bien les éléments de liaison pivot avec le rotor (les roulements) que les éléments d’entrainement en rotation du rotor (la bague de came). Aucun dispositif ou agencement géométrique complexe n’est nécessaire pour le maintien axial de ces éléments, la surface cylindrique étant de diamètre constant.
Optionnellement, un épaulement peut être prévu sur le stator à l’extrémité de cette surface cylindrique interne et suffit à la mise en position aussi bien des deux roulements que de la bague de came dans le stator.
La surface cylindrique interne étant dépourvue d’élément de positionnement des roulements, la bague de came peut alors cumuler sa fonction de support pour le chemin de came avec une fonction d’entretoise de positionnement entre les deux roulements, ce qui contribue à la compacité axiale de la machine. La compacité axiale de la machine peut encore être améliorée en prévoyant sur la bague de came une base annulaire permettant le positionnement contre les bagues externes des roulements, en échappant aux cages de roulement au plus juste, sans donc gêner la rotation de ceuxci.
Selon une caractéristique préférée, le stator comporte un carter tubulaire, ce qui favorise la compacité radiale. La surface cylindrique interne du rotor est alors supportée par une paroi fine en comparaison avec les autres dimensions de la machine.
En effet, le chemin de came étant porté par une pièce (la bague de came) distincte du reste du stator, la fonction de coopération avec les pistons est découplée de la fonction de maintien structurel des éléments en lien avec le stator.
Le chemin de came doit présenter une dureté élevée, et une importante résistance à l’usure provoquée par le roulement des pistons sur le chemin de came. Ces propriétés sont en général procurées par des matériaux fragiles, tel que l’acier trempé. La bague de came est donc avantageusement réalisée en un tel matériau car sa seule fonction dynamique est de coopérer avec les pistons.
Le carter tubulaire, quant à lui, réalise la fonction de maintien structurel des éléments que contient le stator et doit au contraire présenter une certaine ductilité pour ne pas casser ou se fissurer sous l’effet de chocs ou d’éventuelles déformations lors du fonctionnement de la machine qui est alimentée par un fluide hydraulique sous forte pression. Ces propriétés sont procurées au stator par le choix d’un matériau ductile, et d’une épaisseur fine pour la paroi du stator qui peut ainsi travailler en flexion. Le travail en flexion est favorisé, au moins dans la portion du stator voisine de la surface cylindrique interne, par le fait que le stator ne nécessite pas, dans cette portion, de formes géométriques ou de surépaisseurs fonctionnelles qui seraient destinées à la mise en position d’éléments ou à la rigidification.
Dans l’art antérieur, le chemin de came est généralement usiné dans le corps du stator et un traitement thermique de durcissement par trempe superficielle est prévu en complément. Un tel stator est difficile et coûteux à produire.
Selon une caractéristique préférée de l’invention, la bague de came peut être réalisée à partir d’une nuance d’acier dénommée « acier pour roulements », ou « acier au carbone », qui présente une proportion importante de carbone, une grande résistance à l’usure et à la fatigue, mais qui est cependant sensible aux chocs. La faiblesse de la bague de came vis-à-vis des chocs est compensée par son montage dans le carter tubulaire du rotor, qui est ductile.
L’invention permet ainsi de bénéficier de la haute performance d’un matériau résistant à la pression de contact et à la fatigue pour la réalisation du chemin de came sans souffrir des inconvénients normalement liés à ce type de matériau.
Ce montage permet par ailleurs de simplifier considérablement le procédé de fabrication de la machine hydrostatique.
En effet, lors du montage d’une telle machine, un corps principal du rotor peut être au préalable équipé des deux roulements et de la bague de came, les deux roulements encadrant de part et d’autre la bague de came en la maintenant axialement. Ce sous-ensemble constitué du corps principal du rotor, des roulements, et de la bague de came peut ensuite être, en une seule opération, monté à l’intérieur du stator de sorte que les deux roulements et la bague de came soient glissés le long de la surface cylindrique interne. Les opérations de montage sont donc considérablement simplifiées.
Les opérations de production du stator sont également réduites par la présence du carter tubulaire de stator, qui peut être produit à partir d’un tube d’acier nécessitant pas ou peu d’opérations d’usinage. La bague de came peut être réalisée par usinage d’un tube d’acier pour roulement qui est peu coûteux car produit dans de grands volumes en vue de la fabrication des roulements et qui présente d’excellentes propriétés de dureté et résistance à la fatigue de contact.
La production d’une telle machine hydrostatique est donc plus rapide et moins onéreuse.
La machine hydrostatique peut de plus comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- la machine hydrostatique comporte un carter tubulaire, la surface cylindrique interne étant définie par le carter tubulaire ;
- la bague de came présente une ductilité inférieure à celle du carter tubulaire ;
- la bague de came est en acier pour roulements et le carter tubulaire est en acier non allié ou en acier inoxydable austénitique ;
- le matériau de la bague de came et celui des deux roulements est le même acier pour roulements ;
- la bague de came est montée serrée dans le carter tubulaire ;
- la machine comporte des fixations antirotation pour coupler la bague de came et le stator ;
- la machine comporte : une bague de serrage disposée axialement contre l’un des roulements et contre le rotor ; un joint à lèvre disposé entre la bague de serrage et le stator ;
- la bague de serrage est fixée au rotor par un moyeu vissé dans le rotor et portant les fixations pour un élément tournant d’entrainement ;
- les fixations pour un élément tournant d’entrainement sont constituées par des vis dont les têtes sont bridées par le moyeu.
Un exemple préféré de réalisation de l’invention va maintenant être décrit en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente une machine hydrostatique selon l’invention, vue de côté ;
- la figure 2 est une vue en perspective montrant la machine de la figure 1, du côté rotor ;
- la figure 3 est une vue de face selon la coupe AA de la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue de côté selon la coupe BB de la figure 3 ;
- la figure 5 est un schéma illustrant le procédé de fabrication de la machine des figures 1 à 4 ;
- la figure 6 représente, en coupe, un sous-ensemble destiné à la réalisation de la machine des figures 1 à 4 ;
- la figure 7 représente en perspective le carter tubulaire de la machine de la figure 1 ;
- la figure 8 représente en perspective la bague de came de la machine de la figure 1.
Les figures 1 et 2 représentent une machine hydrostatique 1 selon l’invention, respectivement vue de profil et vue en perspective du côté rotor.
La machine hydrostatique 1 a une forme générale cylindrique et comporte un stator 2 ainsi qu’un rotor 3. Un mouvement de rotation relative est permise entre le stator 2 et le rotor 3, autour d’un axe X. La forme générale cylindrique est adaptée à la constitution interne de la machine et permet son montage, au moins partiellement, dans un élément cylindrique relatif à l’élément tournant d'entrainement, par exemple dans la jante d’une roue.
Dans le présent exemple, la machine hydrostatique 1 est destinée à être fixée sur un bâti constitué par le châssis d’un véhicule (non représenté). Une roue (non représentée) est montée sur le rotor de la machine de sorte que le véhicule puisse être propulsé par la rotation de la roue.
La machine hydrostatique 1 comporte, du côté bâti (sur la gauche de la figure 1), des moyens de fixation 15 au bâti ainsi que des moyens 16 d’alimentation en fluide hydraulique pour l’alimentation en puissance de la machine hydrostatique 1.
Du côté roue (du côté droit sur la figure 1), la machine hydrostatique 1 comporte un moyeu 4 qui fait partie du rotor 3. Ce moyeu 4 comporte des moyens de fixation pour un élément tournant d'entrainement. Dans le présent exemple, l’élément tournant d'entrainement est une roue de véhicule (non représentée) et les moyens de fixation sont des goujons 5 pour la fixation de la roue de véhicule.
La machine hydrostatique 1, étant ainsi fixée sur un bâti par son stator 2, et étant rattachée à une roue de véhicule par son rotor 3, peut fonctionner selon deux modes :
- un mode moteur dans lequel l’énergie du fluide sous pression est convertie en énergie mécanique et entraîne la rotation de la roue et donc le déplacement du véhicule ;
- un mode générateur dans lequel la roue est entraînée en rotation par l’environnement (par exemple lorsque le véhicule est sur une pente descendante) et entraîne elle même en rotation le rotor 3 pour mettre le fluide hydraulique sous pression.
La figure 2 montre les trous de fixation du moyeu 4 sur le reste du rotor 3.
La figure 3 est une vue selon la coupe AA de la figure 1 et illustre le principe de fonctionnement de la machine hydrostatique 1.
La partie du rotor 3 qui est visible sur cette figure 3, est son corps principal 31. Il s’agit d’une pièce circulaire dans laquelle sont percés huit cylindres 6 radiaux, répartis circonférentiellement sur le corps principal 31 du rotor 3.
Une bouche d’alimentation 7 en fluide hydraulique débouche dans chacun de ces cylindres 6.
Un piston 8 est inséré dans chaque cylindre 6 de sorte que la mise en pression du fluide hydraulique par la bouche d’alimentation 7 entraîne la sortie du piston 8 radialement vers l’extérieur et, inversement, le mouvement du piston 8 lorsqu’il est contraint radialement vers l’intérieur entraîne la sortie du fluide hydraulique par la bouche d’alimentation 7 (pour simplifier la figure, seuls trois pistons ont été représentés sur la figure 3).
Chaque piston 8 est muni d’un rouleau 9 monté mobile sur le piston 8 par rapport à un axe parallèle à l’axe X.
Par ailleurs, deux éléments du stator 2 sont visibles sur la figure 3 : un carter tubulaire 10 et une bague de came 11.
La bague de came 11 est montée dans le carter tubulaire 10 et ces éléments sont rendus solidaires. Des fixations antirotation permettent à la bague de came 11 et au carter tubulaire d’être solidaires en rotation. Dans le présent exemple, le fixations antirotation comportent des trous 12 répartis sur la circonférence du carter tubulaire 10, et des trous correspondants 13 pratiqués dans la bague de came 11, ainsi que des vis (non représentées) pour assurer la fixation. La bague de came 11 comporte sur sa circonférence interne un chemin de came 14 ondulé suivant une succession de creux et de bosses. Lors du fonctionnement de la machine 1, les rouleaux 9 des pistons 8 roulent sur le chemin de came 14.
La bague de came 11 est réalisé en acier pour roulements, par exemple en acier 100Cr6. La bague de came 11 est avantageusement montée serrée dans le carter tubulaire 10. Le carter tubulaire 10 est réalisé dans un matériau plus ductile que la bague de came 11. Le serrage de la bague de came 11 dans le carter tubulaire 10 permet de maintenir la bague de came 11 en compression dans le carter tubulaire 10, ce qui contribue à empêcher l’apparition de fissures de fatigue dans la bague de came
11.
De manière connue, les pistons 8 sont sélectivement alimentés en fluide sous pression en fonction de leur position angulaire par rapport au chemin de came 14 de sorte que la pression du fluide soit transformée en rotation du chemin de came 14, et donc du rotor 3.
La figure 4 est une vue en coupe de la machine hydrostatique 1 selon la coupe BB de la figure 3.
Le stator 2 est réalisé en deux parties : une embase 18 et un carter tubulaire
10. La figure 4 montre, du côté bâti, les moyens de fixation de la machine hydrostatique 1 sur le bâti du véhicule. Dans le présent exemple, il s’agit d’alésages filetés 15 régulièrement répartis sur la circonférence du carter tubulaire 10 et permettant sa fixation par vis au bâti (non représenté).
Le stator 2 comporte également du côté bâti, des raccords hydrauliques 16 destinés à la connexion des conduits du circuit hydraulique du véhicule pour l’alimentation en fluide hydraulique de la machine 1.
Ces raccords hydrauliques 16 sont disposés sur l’embase 18 et sont connectés, par des canaux internes du stator 2, à un distributeur hydraulique 17. Le distributeur hydraulique 17 est lui-même muni de conduits internes permettant l’alimentation sélective en fluide hydraulique des pistons 8.
Le fonctionnement du distributeur hydraulique 17, et plus généralement de l’alimentation sélective des pistons 8 en fluide hydraulique, se fait conformément à ce qui est connu dans ce domaine. Ce fonctionnement, qui ne sera donc pas décrit plus en détail ici, permet de fournir le fluide hydraulique sous pression à certains pistons 8, par leur bouche d’alimentation 7, et permet de laisser sortir le fluide hydraulique de certains autres pistons 8, par leur bouche d’alimentation 7.
Le carter tubulaire 10 est un tube emmanché sur l’embase 18. Dans le présent exemple, il s’agit d’un emmanchement en force qui permet de rendre solidaire l’embase 18 et le carter tubulaire 10 sans autre fixation supplémentaire. En variante, des vis ou tout autre moyen de fixation peuvent être prévus pour consolider l’assemblage.
Au niveau de l’emmanchement en force, le carter tubulaire 10 comporte un épaulement de renfort 19. Les alésages filetés 15 pour la fixation de la machine 1 sur le bâti sont ici pratiqués au niveau de cet épaulement de renfort 19.
À partir de l’épaulement de renfort 19, le carter tubulaire 10 s’étend, en direction du côté roue, selon un premier épaulement 20, une surface cylindrique interne 21 de diamètre constant, et un deuxième épaulement 22, ces éléments étant disposés en gradin, c’est à dire que les diamètres internes définis respectivement par le premier épaulement 22, la surface cylindrique interne 21, et le deuxième épaulement, vont en augmentant en direction du coté roue.
En dehors de l’épaulement de renfort 19, dont la fonction n’est pas liée à la coopération avec le rotor 3 mais seulement à la fixation et à l’assemblage du stator 2, le carter tubulaire 10 comporte donc trois diamètres internes dont le plus grand est situé du côté roue.
Sur la surface cylindrique interne 21 sont montés :
- un premier roulement 23, dont la bague externe est axialement disposée contre le premier épaulement 20 ;
- la bague de came 11 qui est axialement positionnée par ses fixations 13 ;
- un deuxième roulement 24, dont la bague externe est axialement disposée contre une bague de serrage 29.
La bague de came 11 comporte une base annulaire 41 pour son montage dans le carter tubulaire 10. La base 41 est serrée entre les bagues externes des deux roulements 23, 24.
Les roulements sont ici réalisés en acier à roulement, par exemple en acier 100Cr6. Les bagues externes des roulements 23, 24 et la bague de came 11 sont donc de même matériau (acier 100Cr6), de préférence à trempe dans la masse.
En ce qui concerne le rotor 3, la coupe de la figure 4 permet de voir le profil de deux cylindres 6 et de leur bouche d’alimentation 7 respective.
Le rotor 3 est monté tournant à l’intérieur du carter tubulaire 10 grâce aux roulements 23, 24 qui coopèrent avec le corps principal 31 du rotor 3. La bague interne du premier roulement 23 est montée sur le rotor 3 de sorte qu’elle vienne axialement en butée contre un épaulement 25 du rotor 3, cet épaulement 25 étant situé du côté bâti.
Le deuxième roulement 24 est monté sur le rotor 3, du côté roue, de sorte que les deux roulements 23, 24 viennent de part et d’autre de chaque cylindre 6.
L’extrémité du corps principal 31 qui est du côté roue, comporte une face radiale 26 qui coïncide avec le rebord de la bague interne du deuxième roulement 24. Les dimensions du corps principal 31, des roulements 23, 24, et de la bague de came 11, sont choisies pour que la chaîne de cotes entre l’épaulement 25 et le rebord de la bague interne du deuxième roulement 24 conduise à un alignement dans le même plan de la face radiale 26 et du rebord de la bague interne du deuxième roulement 24. Ainsi, une extrémité axiale de la bague interne du deuxième roulement 24 vient se placer dans le même plan que la face radiale 26 du corps principal 31.
Le rotor 3 comporte de plus une bague de serrage 29 qui vient axialement en butée à la fois contre la bague interne du deuxième roulement 24 et contre la face radiale 26.
En variante, la chaîne de cotes évoquées ci-dessus conduit au fait que le rebord de la bague interne du deuxième roulement 24 soit légèrement axialement audelà de la face radiale 26, de sorte que la fixation de la bague de serrage 29 conduise à une précontrainte des roulements 23, 24.
Le rotor 3 comporte également le moyeu de roue 4 qui est fixé contre la face radiale 26 du corps principal 31 par les vis 32. Le moyeu de roue 4 présente un épaulement 33 dont la dimension axiale est égale à la dimension axiale de la bague de serrage 29.
Ainsi, lorsque le moyeu 4 est vissé contre le corps principal 31, la bague de serrage 29 est plaquée à la fois contre le corps principal 31 et contre la bague interne du deuxième roulement 24, et maintenue dans cette position.
Le rotor comporte de plus un joint torique 34 disposé dans une gorge du corps principal 31 et intercalé entre ce dernier et la bague de serrage 29 pour assurer l’étanchéité entre ces deux éléments.
Par ailleurs, un joint à lèvres 35 est intercalé entre la bague de serrage 29 et le carter tubulaire 10. Le joint à lèvres 35 vient axialement en butée contre le deuxième épaulement 22.
Le joint torique 34 et le joint à lèvres 35 constituent conjointement une barrière d’étanchéité vers l’extérieur confinant à l’intérieur du carter tubulaire 10, le fluide hydraulique qui pourrait s’y trouver.
En variante, le joint à lèvre 35 peut venir directement en butée sur le roulement 24 en restant à l’écart de la cage de roulement du roulement 24.
Le moyeu de roue 4 comporte, comme également visible à la figure 2, des trous filetés 36 pour le montage des goujons 5. Dans le présent exemple, les goujons 5 sont constitués par des vis présentant une tête 38 qui est par exemple une tête hexagonale creuse. Chaque trou fileté 36 est associé à un lamage 37 dont la dimension axiale est égale à la hauteur de la tête 38 correspondante.
La tête 38 des vis constituant les goujons 5 est donc bloquée dans les deux directions axiales : par le lamage 37 du côté droit (en référence à la figure 4) et par la bague de serrage 29 du côté gauche (les côtés droit et gauche sont indiqués en référence à la figure 4). La hauteur de la tête 38 et la dimension axiale du lamage 37 sont donc choisies pour que les goujons 5 soient indesserrables en fonctionnement normal.
Un joint annulaire 39 antipoussière peut être de plus prévu entre le moyeu de roue 4 et le carter tubulaire 10. Le joint 39 comporte une gorge 42 équipée d’un arrêt axial. Ainsi si la pression dans le carter venait à pousser vers l’extérieur le joint à lèvre 35, le contact avec le joint 39 et cet arrêt axial empêchera tout désemmanchement des joints 35, 39.
Les alésages filetés 15 qui permettent la fixation de la machine hydrostatique 1 sur un châssis sont pratiqués dans le carter tubulaire 10 de sorte que les efforts sont transmis par un court chemin mécanique entre le rotor et le châssis, ce chemin passant uniquement par les roulements 23, 24 et le carter tubulaire 10.
Le procédé de fabrication de la machine hydrostatique 1 va maintenant être décrit en référence à la figure 5 qui schématise les principales étapes du procédé de fabrication.
L’embase 18, le carter tubulaire 10 et le distributeur 17, sont respectivement produits lors des étapes E1, E2, E3. L’embase 18 et le distributeur 17 sont produits par tout moyen classique de fabrication mécanique, par exemple par moulage et usinage des parties fonctionnelles. Le carter tubulaire 10 est avantageusement produit à partir d’un tube d’acier laminé de type E470 (selon la norme européenne de désignation des aciers E10027) qui a l’avantage d’être peu onéreux et de présenter une ductilité suffisante pour le travail du carter tubulaire 10. Le carter tubulaire 10 est ainsi avantageusement constitué d’un acier soudable pour, optionnellement, y souder toute fixation externe requise pour le montage de la machine hydrostatique 1.
L’épaisseur de ce tube d’acier E470 est égale à l’épaisseur prévue pour l’épaulement de renfort 19, ce tube étant ensuite usiné sur sa surface interne pour former le premier épaulement 20, la surface cylindrique interne 21 et le deuxième épaulement 22. Les trous 12 pour la fixation de la bague de came sont enfin percés dans le carter tubulaire 10. Le carter tubulaire 10 produit à l’étape E2 est représenté à la figure 7.
Lors de l’étape E6, l’embase 18 et le carter tubulaire 10 sont assemblés par emmanchement en force puis le distributeur hydraulique 17 est mis en place sur l’embase 18.
En parallèle des étapes décrites précédemment, le corps principal 31 et la bague de came 11 sont fabriqués respectivement aux étapes E4 et E5. Le corps principal 31 est également produit par tout moyen mécanique classique. La bague de came 11 est avantageusement produite à partir d’un tube d’acier pour roulements, par exemple de l’acier 100Cr6 (selon la norme européenne de désignation des aciers E10027), dont le diamètre externe est sensiblement égal au diamètre de la surface cylindrique interne 21 du carter tubulaire 10, selon l’ajustement voulu pour la bague de came 11 dans le carter tubulaire 10. Pour produire la bague de came 11, une tranche d’un tel tube d’acier pour roulements est tout d’abord coupée, d’une dimension égale à la dimension axiale prévue pour la base 41 de la bague de came 11. Un anneau est ainsi obtenu, et la surface interne de cet anneau est ensuite usinée à la fraiseuse numérique pour obtenir le chemin de came 14 visible à la figure 3.
Des dégagements latéraux sont ensuite usinés dans la bague de came 11 pour former la base 41 de la bague de came 11. La base 41 est destinée à être serrée entre les bagues externes deux deux roulements 23, 24 et les dégagements latéraux permettent le passage des cages de roulements qui dépasseraient axialement par rapport à la bague interne. La base 41 venant au contact des bagues externes des roulements 23, 24, les deux faces latérales de la base 41 nécessitent une bonne planéité. La base 41 est donc rectifiée après l’usinage des dégagements latéraux (qui permettent également d’avoir moins de matière à rectifier).
Les trous 13 destinés à la fixation dans le carter tubulaire sont ensuite réalisés sur tout le contour de la bague de came. La bague de came issue de l’opération E5 est représentée à la figure 8.
Lors d’une étape E7, le corps principal 31, la bague de came 11, et les deux roulements 23, 24 sont assemblés pour obtenir le sous-ensemble représenté à la figure 5. Le premier roulement 23 est tout d’abord monté autour du corps principal 31 jusqu’à venir en butée contre l’épaulement 25. La bague interne du premier roulement 23 (de même que la bague interne du deuxième roulement 24) peut être assemblée avec un léger serrage sur le corps principal 31.
La bague de came 11 est ensuite montée autour du corps principal 31 de sorte à venir en butée contre le premier roulement 23. Plus précisément, la base 41 vient au contact de la bague externe du premier roulement 23. La bague de came 11 n’a, dans cette position, aucun appui radial pour sa surface interne (le chemin de came 14) et doit donc être positionnée de sorte que sa surface externe soit alignée avec la surface externe du premier roulement 23.
Le deuxième roulement 24 est ensuite à son tour monté autour du corps principal 31 jusqu’à ce que sa bague externe vienne en butée contre l’embase 41 de la bague de came 11.
Comme décrit précédemment, les dimensions de ces différents éléments sont choisies pour que, en fin de montage du sous-ensemble, le rebord de la bague interne du deuxième roulement 24 coïncide avec la face radiale 26. La bague de came 11 est par ailleurs positionnée axialement par les roulements 23, 24.
Lors d’une étape E8, le sous-ensemble de la figure 5 est inséré en une seule opération dans le carter tubulaire 10 jusqu’à ce que la bague externe du premier roulement 23 vienne en butée contre le premier épaulement 20 du carter tubulaire 10. La bague de came 11 est avantageusement montée serrée dans le carter tubulaire 10, avec un serrage par exemple de 0,01 à 0,05 mm. Les roulements 23, 24 peuvent être également montés dans le carter tubulaire 10 avec un léger serrage.
Le sous-ensemble de la figure 5 peut être monté dans le carter tubulaire 10, par exemple à la presse, en poussant l’ensemble avec un outil de montage tubulaire dont le diamètre externe est légèrement inférieur au diamètre de la surface cylindrique interne 21 et dont l’épaisseur est suffisamment faible pour n’interagir qu’avec la bague externe du deuxième roulement 24. Ce montage est donc réalisé en une seule opération de mécanique simple.
Une indexation angulaire doit cependant être prévue pour la bague de came 11 dont les trous 13 doivent être angulairement positionnés pour se placer chacun devant un trou 12 du carter tubulaire 10.
Lors d’une étape E9, la bague de serrage et le joint à lèvres 35 sont conjointement mis en place dans le carter tubulaire 10 jusqu’à ce que le joint à lèvres vienne en butée axialement contre le deuxième épaulement 22 du carter tubulaire 10. La bague de serrage 29 est alors positionnée par le joint à lèvres 35.
Lors d’une étape E10, le moyeu de roue 4, muni des goujons 5 en place, est vissé contre le corps principal 31 bridant ainsi la bague de serrage 29 et le joint annulaire antipoussière 39 est finalement mis en place.
La bague de came 11 est dans le présent exemple réalisée en acier 100Cr6, de même que les deux roulements 23, 24.
Sur la surface cylindrique interne 21 du carter tubulaire 10, sont donc montées trois bagues de même matériau (la bague externe du premier roulement 23, la bague de came 11, la bague externe du deuxième roulement 24).
Le carter tubulaire 10, de par sa forme tubulaire et le matériau qui le constitue, a le comportement mécanique d’un tube, notamment en ce qui concerne la flexion de ses parois. Autrement dit, le carter tubulaire 10 peut se bomber s’il est déformé localement vers l’extérieur par la bague de came 11, ou au contraire, il peut devenir concave si la bague de came 11 est mécaniquement sollicitée vers l’intérieur.
Au cours de son fonctionnement, la machine hydrostatique 1 présente une longévité accrue grâce à l’amortissement des déformations et des chocs que réalise le carter tubulaire 10 sur la bague de came 11.
La longévité accrue est également due à la présence d’une importante quantité de carbone dans l’acier pour roulements employé pour la bague de came 11, ce qui contribue à une très faible teneur en oxygène de cet acier.
Par ailleurs, en ce qui concerne la maintenance de la machine hydrostatique 1, le moyeu de roue 4 est susceptible d’être démonté, par exemple pour changer ou réparer les goujons 5. Une telle opération est ici réalisée simplement en dévissant les vis 32 et en extrayant le moyeu de roue 4 sans que l’intérieur de la machine hydrostatique 1 ne soit ouvert, c’est-à-dire sans qu’aucun joint d’étanchéité ne soit démonté.
L’intérieur de la machine 1 reste ainsi étanche, rendant l’opération de dépose et pose du moyeu de roue 4 simple et propre et de faible criticité.
D’autres variantes de réalisation de la machine hydrostatique 1 peuvent être mises en œuvre sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple les matériaux employés pour la bague de came 11 et le carter tubulaire 10 peuvent être autres que ceux mentionnés dans l’exemple décrit, à partir du moment où le matériau du carter tubulaire 10 présente une ductilité supérieure à la bague de came 11.
De plus, la machine hydrostatique peut être fixée sur un bâti autre que celui d’un véhicule, par exemple une machine stationnaire, et l’élément tournant d'entrainement peut être un autre élément qu’une roue, par exemple une boite de vitesse, un élément de machine ou tout autre dispositif de transmission ou élément à motoriser.
Alternativement à l’acier E470, donné précédemment comme exemple de matériau ductile constituant le carter tubulaire 10, le carter tubulaire 10 peut être également réalisé à partir d’un tube d’acier inoxydable qui sera avantageusement non martensitique pour présenter une ductilité suffisante pour le travail du carter tubulaire 10, et en tout état de cause une ductilité supérieure à la came 11. De préférence, l’acier inoxydable sera austénitique, par exemple un alliage fer-chrome-nickel avec moins de 0,1 % de carbone, tel que l’acier inoxydable « 18/10 ». Dans ce cas, le moyeu 4 peut de plus être également en acier inoxydable, ce qui permet à la machine hydrostatique de présenter un extérieur entièrement en acier inoxydable et qui permet d’employer la machine hydrostatique dans des environnements corrosifs tel que l’eau de mer ou des produits chimiques corrosifs. Dans le même esprit, le carter tubulaire 10 et le moyeu 4 peuvent être tous deux réalisés en un autre matériau qui serait adapté à une application particulière.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Machine hydrostatique (1) comportant :- un stator (2) muni de fixations pour un bâti et comportant un chemin de came (14) circonférentiel ;- un rotor (3) muni de fixations pour un élément tournant d'entrainement et comportant des pistons (8) répartis circonférentiellement et adaptés à coopérer avec le chemin de came (14) ;- un distributeur hydraulique (17) adapté à alimenter sélectivement en fluide hydraulique les pistons (8) de sorte que la coopération des pistons (8) avec le chemin de came (14) corresponde à une rotation relative du rotor (3) par rapport au stator (2) ;la machine hydrostatique (1) étant caractérisée en ce que :-le stator (2) comporte une surface cylindrique interne (21) de diamètre constant ainsi qu’une une bague de came (11) qui comprend, sur sa circonférence interne, le chemin de came (14), et qui est montée, par sa circonférence externe, dans la surface cylindrique interne (21) ;-elle comporte deux roulements (23, 24) qui permettent la rotation du rotor (3) par rapport au stator (2) et qui sont montés sur la surface cylindrique interne (21) du stator (2), axialement de part et d’autre de la bague de came (11), la bague de came (11) et tes deux roulements (23, 24) présentant te même diamètre externe.
- 2. Machine hydrostatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le stator (2) comporte un carter tubulaire (10), la surface cylindrique interne (21) étant définie par te carter tubulaire (10).
- 3. Machine hydrostatique selon la revendication 2, caractérisée en ce que la bague de came (11) présente une ductilité inférieure à celle du carter tubulaire (10).
- 4. Machine hydrostatique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la bague de came (11) est en acier pour roulements et en ce que le carter tubulaire (10) est en acier non allié.
- 5. Machine hydrostatique seton la revendication 3, caractérisé en ce que la bague de came (11) est en acier à roulements et en ce que le carter tubulaire (10) est en acier inoxydable austénitique.
- 6. Machine hydrostatique selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que te matériau de la bague de came (11) et celui des deux roulements (23, 24) est te même acier pour roulements.
- 7. Machine hydrostatique selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que ia bague de came (11) est montée serré© dans le carter tubulaire (10).
- 8. Machine hydrostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte des fixations antirotation (12, 13) pour coupler la bague de came (11) et le stator (2).
- 9. Machine hydrostatique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte :- une bague de serrage (29) disposée axialement contre l’un (24) des roulements et contre le rotor (3) ;- un joint à lèvre (35) disposé entre la bague de serrage (29) et le stator (2).
- 10. Machine hydrostatique selon la revendication 9, caractérisée en ce que la bague de serrage (29) est fixée au rotor (3) par un moyeu (4) vissé dans le rotor (3) et portant les fixations (5) pour un élément tournant d’entraînement
- 11. Machine hydrostatique selon la revendication 10, caractérisée en ce que les fixations pour un élément tournant d’entrainement sont constituées par des vis (5) dont les têtes (38) sont bridées par le moyeu (4).
- 12. Procédé de fabrication d’une machine hydrostatique (1) caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :- usiner un tube d'acter pour roulements pour produire une bague de came (11) présentant un chemin de came (14) :-monter la bague de came (11) et deux roulements (23, 24) sur un corps principal (31) de rotor (3), la bague de came (11) étant serrée entre les deux roulements (23, 24), pour former un sous-ensemble ;- insérer axialement 1e sous-ensembte dans un stator (2) qui comporte une surface cylindrique interne (21) de diamètre constant, les roulements (23, 24) et la bague de came (11) venant se monter dans la surface cylindrique interne (21).
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