484 s - pompes à engrenages
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BASES HYDRAULIQUES,
LES POMPES A ENGRENAGES
Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Préface
Ce document présente les différentes technologies utilisées dans les pompes à engrenages.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Table des matières
Présentation.........................................................................................................................................4Fonctionnement...................................................................................................................................6Les rainures de progressivité .............................................................................................................8Effet de la pression..............................................................................................................................10Le rattrapage des jeux axiaux.............................................................................................................12Exemple de montage de jumelles de compensation.........................................................................14Exemple de pompes simples ..............................................................................................................16Les pompes "DUO" .............................................................................................................................18Les pompes équipées d'accessoire ...................................................................................................20Les pompes multiples .........................................................................................................................22La pompe à engrenages internes simples .........................................................................................24La pompe à engrenages internes et croissants ................................................................................26Notes personnelles..............................................................................................................................28
Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Présentation
Description.
Un pignon entraîné par le moteur engrène sur un pignon fou.
Un carter étanche enveloppe avec un jeu très faible les deux pignons sur la périphérie et sur les flancs
Les axes des engrenages sont guidés par des bagues.
Deux orifices permettent la circulation de l'huile, suivant le sens de rotation, l'un des orifices seral'alimentation (le plus gros), l'autre le refoulement (le plus petit).
Ce type de pompe existe en petite cylindrée, 0,25 cm3/tr et grosse cylindrée, ≈ 250 cm3/tr.
La pression de service dépend beaucoup de la technologie de la pompe et de sa taille,
- Pompe simple, ≈ 10 000 kPa
- Pompe avec compensation, ≈ 25 000 kPa
Plus la cylindrée est importante, plus les surfaces sur lesquelles la pression agie sont importantes etplus les forces hydrauliques deviennent importantes.
La vitesse de rotation de ce type de pompe est généralement de 2 000 à 3 000 tr/mn, certaines pompes(de petite taille) peuvent supporter 7 000 tr/mn.
Les petites pompes acceptent mieux les grandes vitesses qui améliorent leur rendement volumétrique.
Les pompes à engrenages acceptent une pression d'aspiration minimum à 70 kPa.
Le drainage est interne, en relation avec l'aspiration.
La pompe à engrenages existe en différentes variantes, elles fonctionnent toutes sur le même principe ;- à denture extérieure,- à denture intérieure simple,- à denture intérieure avec croissant,
Remarque :
La pompe à engrenage peut être symétrique ce qui autorise deux sens de flux.
Attention cependant au drainage; un drainage interne en relation avec l'aspiration ne permet pas ledouble sens de débit.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Fonctionnement
Alimentation.
Dans leur mouvement de rotation les dents se désengrènent, le volume situé entre deux dents en priseaugmente et provoque une aspiration de l'huile.
Transfert.
L'huile aspirée est isolée de la zone d'alimentation par le sommet et les flancs des dents.
Le mouvement de rotation transporte l'huile vers la zone de refoulement.
Les volumes d'huiles se déplacent contre la paroi de chaque côté de la pompe.
Refoulement.
Le mouvement de rotation engrène les dents, le volume situé entre les dents en prise diminue etprovoque le refoulement de l'huile.
Remarque.
L'étanchéité radiale est réalisée par le faible jeu entre les flancs du pignon et les flasques.
L'étanchéité axiale est réalisée par le faible jeu entre le sommet des dents et le carter.
Le contact continu entre les dents assure l'étanchéité entre les zones d'aspiration et de refoulement.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Fonctionnement
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Les rainures de progressivité
Le désengrènement réalise une augmentation de volume fermé devant les dents complètement en prise.
Cette augmentation de volume installe une zone de cavitation.
La dépression est brutalement comblée par une aspiration d'huile lorsque ce volume s'ouvre sur lachambre d'alimentation.
L'engrènement réalise une diminution de volume fermé en arrière des dents complètement en prise.
Cette diminution de volume installe une zone de haute pression qui à tendance à verrouiller la rotationde la pompe.
L'huile est chassée en force à travers les jeux de fonctionnement.
Ce phénomène réduit les rendements mécaniques et volumétriques ce qui entraîne un laminage et parconséquent une destruction de l'huile et une production de chaleur.
Ces causes de mauvais fonctionnement sont supprimées par des rainures de progressivité taillées dansles flancs du carter.
Les chambres d'aspiration et de refoulement sont ainsi prolongées pour les relier avec les espacesfermés.
Ces rainures atténuent les variations brutales de pression, il en résulte un fonctionnement plus doux,plus silencieux et le rendement de la pompe est amélioré.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Les rainures de progressivité
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Effet de la pression
Sur l'illustration, la courbe enveloppant les pignons illustre l'augmentation de la pression dans leschambres de transfert pendant la rotation.
Cette pression installe des forces de frottement sur les surfaces de contact des axes / bagues etaccélère l'usure des bagues.
L'usure des bagues rapproche le sommet des dents vers le carter de chaque côté de la zoned'aspiration puis provoque un rabotage du carter par le sommet des dents.
Les rendements mécanique et volumétrique diminuent avec les conséquences habituelles.
Le circuit hydraulique est pollué.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Effet de la pression
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Le rattrapage des jeux axiaux
La pression supportée par la pompe agit dans la chambre de refoulement, des forces hydrauliquesagissent sur les côtés du carter qui tendent à s'écarter.
Les jeux de fonctionnement augmentent et permettent des fuites internes sur les flancs des engrenages.
Le rendement volumétrique de la pompe à engrenage est amélioré par un système de rattrapage desjeux axiaux.
Dans ce type de pompe les engrenages sont encadrés par deux flasques de poussée courammentappelés jumelles ou lunettes.
La pression de refoulement se fait sentir sur l'arrière des jumelles sur une surface délimitée par un jointd'étanchéité.
La surface d'action de la pression est en opposition de la zone de refoulement, les forces hydrauliquess'équilibrent.
La force qui s'exerce sur la jumelle contre le flanc des engrenages assure un rattrapage du jeu axial.
La force hydrostatique a été calculée pour éviter le grippage des pignons tout en maintenant une fuiteminimum nécessaire à la lubrification de la pompe.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Le rattrapage des jeux axiaux
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Exemple de montage de jumelles de compensation
Les jumelles de compensation existent en différentes épaisseurs.
Cela permet d'installer des engrenages plus ou moins large dans un carter unique, la largeur desjumelles est adaptée pour conserver l'encombrement du carter.
Il existe des pompes de cylindrée différente pour un encombrement de carter identique.
Le démontage remontage de ces pompes ne présente pas de grandes difficultés mais attention au sensde montage des jumelles ou plaques et joints et contre joints.
Les pièces peuvent être inversées recto verso ou côté aspiration refoulement.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Exemple de montage de jumelles de compensation
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES La pompe à engrenage interne et à croissant
Les jumelles de compensation sont minces.
Particularité, le carter est équipé des deux joints à lèvre montés en opposition.
Le joint intérieur arête les fuites internes de lubrification des axes.
Le joint extérieur arête l'huile de lubrification de l'entraînement.
Un canal de drainage situé entre les deux joints évite une montée en pression dans ce volume.
Il supprime ainsi la possibilité de passage d'un circuit vers l'autre.
L'écoulement d'huile par l'orifice extérieur protégé par un tamis ou un bouchon plastique signale ladéfaillance d'un joint.
L'orifice de drainage est toujours orienté vers le bas.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES La pompe à engrenage interne et à croissant
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Les pompes "Duo"
Le terme Duo est utilisé par le constructeur Bosch pour désigner une pompe composée de deux pairesd'engrenage décalée d'une demi-dent.
Cette technique est utilisée par plusieurs constructeurs.
Elle est utilisée dans la pompe de transmission des gros tracteurs sur chaînes, D10 et D11.
Une plaque intermédiaire sépare les deux paires de pignons.
L'ensemble se comporte comme deux pompes avec une aspiration commune et un refoulementcommun.
La pulsation des débits est décalée et l'amplitude résultante se trouve divisée par quatre.
Ce type de pompe permet également de réduire le niveau sonore de fonctionnement de l'installation.
Illustration ci-dessous, pompe de transmission du D11R.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Les pompes "Duo"
Illustration d'origine Bosch.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Les pompes équipées d'accessoires
Les constructeurs de pompes proposent une solution pour réduire les canalisations et facilitéel'implantation de composants tels que les limiteurs de pression ou les valves de contrôle de débit.
La flasque de fermeture reçoit un ou deux composants directement en relation avec le refoulement.
- un limiteur de pression,- un régulateur de débit 3 voies,- les deux composants.
Le débit excédentaire est soit réinjecté à l'aspiration soit dirigé vers l'alimentation d'un autre circuit,refroidissement par exemple.
Exemple d'application, circuit de direction d'une pelle hydraulique sur pneus.
La pompe est équipée d'un régulateur de débit, le débit principal est utilisé pour faire fonctionner ladirection, le débit secondaire est utilisé pour participer au refroidissement de l'installation.
Circuit hydraulique de direction de pelle M300.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Les pompes équipées d'accessoires
Extrait d'un catalogue Bosch.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Les pompes multiples
Une installation hydraulique nécessite parfois l'usage de plusieurs pompes.
L'installation de plusieurs pompes peu nécessiter un transfert, solution encombrante, complexe etcoûteuse.
Une solution simple consiste à installer les pompes bout à bout sur le même entraînement.
Les constructeurs de pompes hydrauliques aménagent l'extrémité de l'arbre menant de la pompe pourpermettre l'entraînement d'une autre pompe.
La flasque de fermeture est prévue pour recevoir le carter d'une autre pompe.
Attention, l'arbre d'entraînement de la première pompe doit être calculé pour supporter le coupled'entraînement de la deuxième et éventuellement d'une troisième et plus.
Une illustration de pompe multiple, transmission gros tracteurs sur chaînes, figure page 18.
Ci dessous extrait d'un document Bosch.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Les pompes multiples
Pompe de pilotage et direction / refroidissement de pelles hydraulique sur pneus.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES La pompe à engrenage interne simple
Ce type de pompe utilise un engrenage à denture interne, (couronne libre en rotation) dans lequel setrouve un engrenage à denture externe solidaire de l'entraînement, les axes sont excentrés.
La pompe à engrenage interne est souvent utilisée en pompe de gavage, parfois en pilotage etlubrification.
La couronne à une dent de plus que le pignon, la couronne tourne donc moins vite que le pignon.
La forme très particulière des dentures permet un contact permanent de chaque dent du pignon sur lacouronne.
La forme des dents permet également un grand volume d'aspiration et de refoulement pour obtenir undébit important.
Les orifices d'alimentation et de refoulement sont généralement pratiqués sur les flasques.
Il existe deux types de pompes ;
- le pignon extérieur est tournant, l'arbre du pignon intérieur, menant, tourne sur un axe longitudinal fixe,
- le pignon extérieur est fixe, l'arbre entraîne le pignon intérieur à distance généralement par descannelures sphériques, l'arbre décrit un mouvement d'oscillation pour suivre l'excentricité (cas desmoteurs orbitrols).
Le principe de fonctionnement est identique à celui de la pompe à engrenage à dentures externe.
Les deux éléments tournent dans le même sens, la circulation de l'huile se fait que sur un côté.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES La pompe à engrenage interne simple
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES La pompe à engrenage interne et à croissant
Ce type de pompe utilise un engrenage à denture interne, (couronne libre en rotation) dans lequel setrouve un engrenage de petite taille à denture externe solidaire de l'entraînement, les axes sontexcentrés.
La différence de diamètre est telle que le pignon n'est en prise que sur quelques dents de la couronne.
Un élément séparateur en forme de croissant est installé entre les deux engrenages, il est solidaire del'un des flancs du carter ou positionné par une butée sur laquelle il s'appuie.
Les orifices d'alimentation et de refoulement sont généralement pratiqués sur les flasques.
Le principe de fonctionnement est identique à celui de la pompe à engrenage à dentures externe.
Les deux éléments tournent dans le même sens, la circulation de l'huile se fait que sur un côté.
La zone de transfert se situe sur les flancs du séparateur, ½ débit par côté.
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES La pompe à engrenage interne et à croissant
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Les pompes à engrenageBASES HYDRAULIQUES Notes personnelles
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