La méthodologie de conception du mécanisme de travail du satellite d'une machine volumétrique

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 13685 (2022) Citer cet article

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Dans cet article est décrite une méthodologie de conception d'un mécanisme de satellite composé de deux engrenages non circulaires (rotor à denture externe et courbure dentée interne) et d'engrenages circulaires (satellites). Dans la méthodologie présentée, on suppose que la ligne de pas du rotor est connue et que la ligne de pas de courbure doit être désignée. La méthodologie présentée s'applique aux mécanismes pour lesquels le nombre de bosses de courbure est supérieur d'au moins un au nombre de bosses de rotor. La sélection du nombre d'engrenages et du nombre de dents de l'engrenage et du rotor ainsi que la courbure sont également présentées. La méthodologie de calcul de la position du centre du satellite et de l'angle de sa rotation afin de façonner les dents du rotor et leur courbure est présentée. L'article présente également différents types de mécanismes satellites : des mécanismes satellites avec différents nombres de bosses sur le rotor et leur courbure. Les paramètres techniques du mécanisme de la ligne de pas du rotor décrit par la fonction cosinus sont également présentés.

Dans les systèmes d'entraînement hydrostatiques, les machines volumétriques sont des pompes et des moteurs hydrauliques. En raison des pressions de fonctionnement élevées, les pompes à piston et les moteurs à piston dominent dans les systèmes hydrostatiques1,2,3,4,5. D'autres constructions de machines volumétriques, telles que les machines à engrenages6,7,8,9,10, gerotor11 ou à palettes12, sont également utilisées. Ces dernières années ont été une période de développement intensif des machines volumétriques, en particulier des moteurs hydrauliques, dans lesquels le mécanisme de travail est un ensemble spécial d'engrenages non circulaires. Cet article est consacré à ces machines.

L'idée des engrenages non circulaires n'est pas nouvelle. Des engrenages non circulaires ont été utilisés dans de nombreux appareils pour fournir un mouvement irrégulier, c'est-à-dire le transfert (généralement) d'une vitesse d'entrée stable en diverses vitesses de sortie. Un exemple de tels dispositifs sont les horlogers, les appareils astronomiques, les systèmes électromécaniques pour contrôler et piloter des potentiomètres non linéaires, les machines textiles13, les presses mécaniques14,15,16 et également les jouets mécaniques. De plus, à partir du XVIIIe siècle, les engrenages non circulaires étaient couramment utilisés dans les machines volumétriques comme les pompes et les débitmètres (Fig. 1)17. Les transmissions à engrenages et les machines hydrauliques volumétriques (Fig. 1) sont construites avec des engrenages non circulaires avec une distance constante entre les essieux de ces roues. Les méthodes de conception de telles transmissions à engrenages sont largement décrites dans la littérature13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23.

Engrenages non circulaires dans les machines volumétriques17.

À la fin du XIXe siècle, le premier moteur hydraulique à engrenages non circulaires a été construit24,25,26. Ce moteur était appelé moteur satellite (Fig. 2).

Le mécanisme de fonctionnement du premier moteur satellite (type 3 × 4) : 1—rotor, 2—courbure, 3—satellite24,25,26.

La conception du mécanisme de fonctionnement du moteur satellite est basée sur la coopération mutuelle de la roue dentée non circulaire externe (appelée rotor) avec la roue dentée non circulaire interne (appelée courbure) à travers les engrenages ronds (appelés satellites) entre eux. Les satellites jouent le rôle de cloisons mobiles inter-chambres. Simultanément, le satellite fonctionne comme diviseur d'entrée et de sortie lorsque la chambre de travail passe de la phase de remplissage à la phase d'extrusion26.

Par type de mécanisme satellite, il faut comprendre sa caractéristique, qui est le nombre nR de bosses sur le rotor et le nombre nE de bosses sur la courbure. Ainsi, le type de mécanisme sera marqué comme « nR x nE ».

Actuellement, des moteurs hydrauliques dotés de quatre types de mécanismes satellites sont fabriqués (Fig. 2, 3i, 4).

Mécanismes satellite : type 4 × 6 (à gauche) et type 6 × 8 (à droite) : 1—rotor, 2—courbure, 3—satellite26,28,29,30,31,32,33,34.