Principaux types de moteurs hydrauliques (introduction) - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Principaux types de moteurs hydrauliques (introduction)

1. Introduction

Il existe plusieurs types de moteurs hydrauliques. A chaque type de moteur correspondent une nature et un agencement particulier des pièces mobiles internes.

Quel que soit le type, un moteur hydraulique remplit essentiellement le même rôle, soit celui de transformer l'énergie hydraulique en énergie mécanique.

Le principe de fonctionnement de tous les types de moteurs est le même :

Une différence de pression existe entre l'admission et le refoulement du moteur. Cette différence de pression s'applique sur les parties mobiles internes du moteur qui sont reliées mécaniquement à l'arbre d'accouplement du moteur. Sous l'effet de la différence de pression, les pièces mobiles internes se déplacent et entraînent ainsi l'arbre du moteur et la charge à déplacer.

Cette étude porte sur les différents types de moteurs hydrauliques :

  • moteurs à engrenage,
  • des moteurs à palettes,
  • et des moteurs à pistons.

Vous verrez quelles sont les pièces mobiles qui caractérisent ces divers types de moteurs ainsi que l'interaction de ces composants.

2. Moteurs à engrenage

Les moteurs à engrenage sont une réplique des pompes volumétriques à engrenage :

  • Ils sont de constitution simple et ont l'avantage d'être le type de moteur le moins coûteux.
  • ils offrent un rendement volumétrique  peu élevé.

Moteurs à engrenage à denture externe :

Dans un moteur à engrenage à denture externe, le fluide sous pression fourni par la pompe fait tourner les roues dentées en sens opposé.

Une roue dentée est raccordée à l'arbre d'accouplement du moteur et fournit ainsi le couple de sortie du moteur.

La figure suivante représente le principe de fonctionnement d'un moteur à engrenage à denture externe.

Principe de fonctionnement d'un moteur à engrenage à denture externe :

Fonctionnement:

L'huile sous pression est transportée entre les dents et le carter de la pompe.

La pression de l'huile emprisonnée dans les alvéoles n'a pas d'effet sur le couple du moteur, puisque cette pression est la même pour chaque alvéole.

En s'éloignant de la paroi du carter du moteur, les dents sont soumises à une différence de pression :

  • d'un côté, la pression emprisonnée dans une alvéole,
  • de l'autre, la pression de la conduite de refoulement qui est généralement nulle ou plus faible que la pression d'admission.

Moteur à engrenage à denture interne :

Il existe deux principaux types de moteurs à engrenage à denture interne :

  1. les moteurs à engrenage à denture interne à croissant ;
  2. les moteurs à engrenage à denture interne à gérotor.

Ces deux types de moteurs sont des copies des pompes volumétriques du même nom.

Le moteur à engrenage à croissant et celui à gérotor fonctionnent selon le même principe. En arrivant dans le moteur, le fluide sous pression se heurte aux dents des roues et oblige ainsi les deux roues à tourner dans le même sens. Le fluide est ensuite évacué à basse pression par l'orifice de refoulement.

La figure suivante vous montre le principe de fonctionnement d'un moteur à engrenage à denture interne à gérotor. Les chiffres et les lettres qui y sont inscrits indiquent le déplacement rotatif d'une roue par rapport à l'autre.

Principe de fonctionnement d'un moteur à engrenage à denture interne à gérotor :

On trouve également sur le marché un type de moteur à denture interne appelé "orbital". Les moteurs orbitaux sont conçus selon le principe du gérotor. La seule distinction réside au niveau de la roue à denture interne qui est maintenue fixe et qu'on appelle stator. Quant à la roue à denture externe, elle tourne sous l'effet de la pression à l'intérieur du stator selon un mouvement orbital.

La figure suivante représente le principe de fonctionnement d'un moteur orbital. Vous pouvez visualiser la rotation de la roue à denture externe à l'aide des marques de référence qui y sont inscrites.

Principe de fonctionnement d'un moteur orbital :

Le mouvement orbital du rotor est transformé en mouvement de rotation transmis à l'arbre d'accouplement du moteur par un arbre intermédiaire à cardans. La figure suivante vous montre le rotor et le stator d'un moteur orbital.

Rotor et stator d'un moteur orbital :

Source : Parker

3. Moteurs à palettes

Les moteurs à palettes sont une réplique des pompes volumétriques à palettes.

Ils offrent un rendement volumétrique supérieur à celui des moteurs à engrenage. Ils sont toutefois légèrement plus coûteux.

Dans un moteur à palettes, le couple est développé par la pression du fluide agissant sur les palettes.

La pression crée une force sur la palette et entraîne ainsi un mouvement de rotation du rotor et de l'arbre d'accouplement du moteur.

La figure suivante représente le principe de fonctionnement d'un moteur à palettes.

Principe de fonctionnement d'un moteur à palettes :

Source : Vickers

Moteur à palettes à rotor équilibré :

Les moteurs à palettes sont toujours équilibrés.

On entend par "équilibré" le fait qu'il y ait deux admissions et deux refoulements par rotation, ce qui assure l'équilibre du rotor.

La figure ci-dessous représente le principe de fonctionnement d'un moteur à palettes à rotor équilibré.

Principe de fonctionnement d'un moteur à palettes à rotor équilibré :

Les deux admissions opposées l'une à l'autre permettent d'annuler les forces radiales qui sont néfastes pour les roulements du moteur.

Moteurs à palettes haute performance :

Les moteurs à palettes haute performance sont quasi identiques aux moteurs à palettes à rotor équilibré.

La distinction réside dans l'installation de ressorts sous les palettes pour assurer un maximum d'étanchéité entre l'extrémité des palettes et la couronne.

De plus, le rotor, les palettes, la couronne et les plaques de poussée qui assurent l'étanchéité latérale sont réunis dans une cartouche remplaçable. La figure suivante vous montre un moteur à palettes haute performance avec une cartouche de refoulement.

Moteur haute performance :

Source : Vickers

4. Moteurs à pistons

Les moteurs à pistons offrent un rendement plus élevé que les moteurs à palettes.

Ils sont fréquemment utilisés parce qu'ils offrent une grande puissance mécanique par rapport à leur faible poids.

Moteurs à pistons radiaux :

Principe de fonctionnement d'un moteur à pistons radiaux.

Principe de fonctionnement d'un moteur à pistons radiaux :

Source : Vickers

La distribution du fluide s'effectue par un boisseau cylindrique qui comporte un orifice d'admission et un orifice de refoulement. L'huile fournie à un piston par l'entremise du boisseau cylindrique crée une pression sur le piston. Ce piston pousse, par l'entremise de sa bielle, sur la came excentrique de l'arbre du moteur et force ce dernier à amorcer un mouvement de rotation.

Le mouvement de rotation de l'arbre entraîne par l'entremise d'un accouplement le déplacement du boisseau cylindrique. En tournant, le boisseau cylindrique permet successivement l'alimentation en huile des pistons et le refoulement simultané de l'huile des pistons opposés. La figure suivante vous montre un moteur à pistons radiaux.

Moteur à pistons radiaux :

Moteurs à pistons axiaux :

Les moteurs à pistons axiaux présentent le même agencement de pièces mobiles internes que les pompes volumétriques du même nom.

On les trouve à cylindrée fixe ou à cylindrée variable.

La figure suivante vous montre un moteur à pistons axiaux à cylindrée fixe.

Moteur à pistons axiaux à cylindrée fixe :

Source : Vickers

Le fluide fourni par la pompe crée une force sur les pistons et génère ainsi le déplacement en rotation de l'arbre du moteur.

La figure suivante vous montre un moteur hydraulique à pistons axiaux à cylindrée variable.

L'ajustement de la cylindrée est contrôlé par l'angle de la plaque de poussée.

Le déplacement de la plaque de poussée est, quant à lui, contrôlé par un compensateur de pression et un servopiston.

Il existe plusieurs moyens de varier la cylindrée d'un moteur par exemple :

  • d'un simple levier,
  • d'un compensateur,
  • d'un système de contrôle très sophistiqué.

Moteur à pistons axiaux à cylindrée variable :

Source : Vickers

L'intérêt que suscite un moteur hydraulique à pistons axiaux à cylindrée variable réside dans la possibilité de pouvoir varier le couple et la vitesse de rotation du moteur.

  • Lorsque la cylindrée du moteur est augmentée, le couple augmente et la vitesse de rotation diminue.
  • Inversement, lorsque la cylindrée du moteur diminue, le couple diminue et la vitesse de rotation augmente.

Ces notions vous sont résumées à la figure suivante.

Variation du couple en fonction de la cylindrée :

Source : Vickers

Moteur à pistons à axe brisé :

Les moteurs à pistons à axe brisé ont une construction quasi identique à celle des pompes volumétriques du même nom.

L'arbre d'accouplement et le bloc cylindre sont disposés l'un par rapport à l'autre selon un axe brisé.

Le lien entre le bloc cylindre et l'arbre d'accouplement est effectué par un joint universel.

La figure suivante vous montre un moteur à pistons axiaux à axe brisé.

Moteur à pistons axiaux à axe brisé :

Source : Vickers

En résumé sur les principaux types de moteurs hydrauliques :

A la suite de cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants :

• Un moteur hydraulique transforme l'énergie hydraulique en énergie mécanique.

• Peu importe le type de moteur, le principe de fonctionnement est le suivant : une différence de pression s'applique sur les pièces mobiles internes du moteur qui sont reliées mécaniquement à l'arbre d'accouplement des moteurs. Sous l'effet de cette différence de pression, les pièces mobiles se déplacent et entraînent ainsi l'arbre du moteur et la charge à déplacer.

• Les moteurs à engrenage sont les moteurs les moins coûteux, mais ils offrent un rendement volumétrique peu élevé.

• Les principaux types de moteurs à engrenage sont les suivants :

- moteurs à engrenage externe ;

- moteurs à engrenage interne à croissant ;

- moteurs à engrenage interne à gérotor ;

- moteurs à engrenage interne orbital.

• Les moteurs à palettes offrent un rendement volumétrique supérieur à celui des moteurs à engrenage. Ils sont toutefois légèrement plus coûteux.

• Les moteurs à palettes sont toujours équilibrés.

• Les moteurs à pistons offrent le rendement le plus élevé.

• Les principaux types de moteurs à pistons sont les suivants :

- moteurs à pistons radiaux ;

- moteurs à pistons axiaux ;

- moteurs à pistons axiaux à axe brisé.

• Lorsque la cylindrée d'un moteur à pistons axiaux est augmentée, le couple augmente et la vitesse de rotation diminue.

• Lorsque la cylindrée d'un moteur à pistons axiaux est diminuée, le couple diminue et la vitesse de rotation augmente.

Vous connaissez maintenant les principaux types de moteurs hydrauliques. Vous avez pu remarquer la grande similitude qui existe entre les pompes hydrauliques volumétriques et les moteurs hydrauliques.

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