Brevet FR2311958A1 — publié le 19761217

La présente invention concerne un arbre de tranAmission télescopique composé d'un arbre intérieur disposé coaxialement dans un arbre creux, l'un de ces arbres comportant plus-eurs rouleaux répartis sur son pourtour et pouvant tourner chacun autour d'un axe de préférence radial, tandis que l'autre arbre présente pour chacun des dits rouleaux un ou de préférence deux chemins de roulement qui s'étendent dans la direction longitudinale et sont disposés de façon telle que les rouleaux, par coopération avec ces chemins de roulement, servent d'organes de transmission du couple moteur. De tels arbres télescopiques sont utilisés pour la compensation de longueur, notamment en tant que tronçons intermédiaires d'arbres d cardan. Lorsque ces derniers sont utilisés par exemple pour transmettre la puissance aux essieux moteurs de motrices ferroviaires, il importe que la compensation de longueur, cwest-A-dire le déplacement longitudinal des deux parties de l'arbre télescopique l'une par rapport d l'autre, s'effectue avec le moins de frottement possible, m8me lorsque les couples moteurs 9 transmettre sont très élevés. Dans ce but, un arbre télescopique connu (demande de brevet DT-OS 22 37 408) comporte un arbre creux ayant b l'inté- rieur trois évidements s'étendant dans le sens longitudinal ; chacun de ces évidements forme deux chemins de roulement pour un rouleau monté sur l'arbre intérieur avec possibilité de rotation autour d'un axe radial. Dans ce but l'arbre intérieur comporte trois tourillons radiaux sur chacun desquels est monté un rouleau, de préférence par l'intermédiaire d'un roulement & aiguilles. La résistance due au frottement lors d'un mouvement relatif entre les deux arbres pour assurer une compensation de longueur est certes relativement faible dans cet arbre télescopique connu; cependant, la fabrication de l'arbre creux avec les chemins de roulement intérieurs est très difficile. En conséquence, le but de l'invention est de concevoir un arbre télescopique du genre décrit en préambule susceptible d'être fabriqué avec des moyens plus simples que cet arbre télescopique connu. Pour atteindre ce but, l'invention prévoit essentiellement que les chemins de roulement sont prévus sur l'arbre intérieur tandis que les paliers des rouleaux font partie de l'arbre creux. Par rapport a la structure connue la disposition des chemins de roulement sur l'arbre intérieur présente l'avantage que ces chemins peuvent être fabriqués de l'extérieur sur cet arbre; il n'est donc plus nécessaire qu'ils soient usinés de ''intérieur. Ceci facilite considrablement la fabrication des chemin8 de roulement. En effet, dans le cas de l'arbre télescopique connu, la fabrication de l'arbre creux doit être effectuée soit par un procédé de façonnage 9 froid, ce qui nécessite un outillage très coûteux, soit par enlèvement de matière a l'intérieur d'un tube a forte ëpaisreur de paroi.Cette dernière façon d'opérer est elle aussi très coûteuse et, de plus, conduit a réaliser un arbre creux ayant une très grande masse et par conséquent d comportement vibratoire défavorable, car il subsiste entre les évidements des zones d très forte épaisseur de paroi. Mis å part son faible coût de fabrication, l'arbre télescopique selon l'invention présente l'avantage d'avoir un volumz d'installation moindre que celui de l'arbre télescopique connu. Ce dernier a, au moins sur toute la longueur du coulissement, un diamètre extérieur relativement grand. Par contre, dans l'arbre télescopique selon l'invention, un diamètre extérieur aussi grand n'existe que localement, d savoir seulement A l'en- droit où les rouleaux sont logés. Ailleurs, cet arbre présente un diamètre extérieur beaucoup plus petit que l'arbre connu. D'envombrement de l'arbre selon l'invention est donc moindre, ce qui a une répercussion très favorable, par exemple dans le ras d'une motrice ferroviaire, sur les formes de conception possibles de celle-ci. Un autre avantage de l'invention est que l'arbre télescopique a une masse plus faible et par conséquent un comportement vibratoire plus favorable. Selon une caractéristique importante de l'invention, les paliers des rouleaux sont disposés directement dans l'arbre creux, et des surfaces extérieures des rouleaux servent de surfaces de palier. Dans cette disposition, chaque rouleau n'est donc plus monté sur un tourillon par un palier disposé a l'intérieur du rouleau; le tourillon est au contraire supprimé et le rouleau prend appui directement dans l'arbre creux par un palier qui entoure extérieurement le rouleau. Grâce à cette disposition on bénéficie d'un autre avantage qui n'est pas évident; en effet, on avait tout d'abord des objections sérieuses contre la disposition, mentionnée ci-dessus, des paliers pour les rouleaux. Ces paliers doivent en effet, dans la disposition selon l'invention, etre disposés forcément plus loin d l'extérieur, dalles le sens radial, que la surface enveloppante par laquelle le rouleau roule sur le chemin de roulement. De ce fait et contrairement a ce qui est le cas dans l'arbre télescopique connu, il s'exerce un couple de renversement sur le palier de chaque rouleau, sous l'effet de la force engendrée lors de la transmission du couple moteur. Surtout lorsque l'on veut assurer une longue durée de service, on s'efforce généralemeMt d'éviter une telle construction qui impose au palier cette sollicitatinn supplémentaire que constitue ledit couple de renversement.C'est pourquoi, dans l'arbre télescopique connu, le palier a été disposé concentrique ,lent d l'intérieur de ladite surface enveloppante de roulement du rouleau, entre le rouleau et son tourillon fixé sur l'arbre intérieur. Mais les inventeurs se sont rendu compte que c'était précisément en s'écartant de la disposition considérée jusqu'a présent comme particulièrement favorable que l'on s'assurait l'avantage capital de pouvoir prévoir pour les rouleaux des paliers considérablement plus grands que ceux de la disposition connue, leur diamètre pouvant même, maintenant, être plus grand que celui de la surface er.veloppante de roulement du rouleau. De ce fait, non seulement il n'y a aucune difficulté à maîtriser le couple de renversement, mais la durée de service des paliers peut etre considérablement accrue par rapport a celle des paliers de la construction connue. Afin d'assurer un guidage parallèle suffisant des deux parties de l'arbre télescopique entre elles, deux jeux de rouleaux peuvent, console décrit dans la demande de brevet DT-OS 22 37 408, être disposés a une certaine distance axiale l'un de l'autre. Toutefois, en règle générale ? il est souhaitable que pour une possibilité de coulissement longitudinal ayant une valeur prescrite la longueur de l'arbre télescopique soit aussi courte que possible. Dans ce cas il ne sera prévu qu'un seul jeu de par exemple trois ou quatre rouleaux répartis sur le pourtour de l'arbre, et pour assurer le parallélisme du guidage l'arbre creux est monté dans un palier de guidage eur une extension de l'arbre intérieur.Ce palier de guidage sera généralement disposé & celle des extrémités de l'arbre creux qui entoure l'arbre intérieur. Dans ce cas, il y a intérêt t ce que le diamètre de la surface de palier de l'arbre intérieur soit au moins égal au plus grand diamètre de la partie de cet arbre qui comporte les chemins de roulement. oracle à cette disposition, a l'encontre de l'arbre télescopique connu, on s'assure un autre avantage consistant en ce que les deux arbres, c'est-8-dire l'arbre intérieur et l'arbre creux ou arbre extérieur, peuvent à tout moment être séparés l'un de l'autre sans autre opération. Les éventuels travaux d'entretien s'en trouvent très facilités.Par contre, dans l'arbre télescopique connu, dans lequel les paliers des rouleaux ne sont pas disposés directement dans l'arbre creux, il faut, pour séparer ces deux arbres l'un de autre, dissocier au moins l'arbre creux; de plus, il faut généralement démonter aussi les tourillons qui supportent les rouleaux sur l'arbre intérieur.Il faut donc prévoir pour ces tourillons un assemblage d arbre cannelé couteux d réaliser et qui présente toujours un certain jeu, de sorte que la précision du guidage des rouleaux sur leurs chemins de roulement en souffre, d'où le risque que la charge spécifique d'une part des surfaces enveloppantes de roulement de ces rouleaux, d'autre part des chemins de roulement, se trouve portée a une valeur excessive, d'où réduction de la durée de service de l'arbre télescopique. Pour transmettre un couple moteur particulièrement élevé, il y a avantage prévoir que les chemins de roulement soient constitués par les parois latérales de rainures ayant une section sensiblement rectangulaire dans lesquelles sont engagés les rouleaux. Dans une autre forme d'exécution, les chemins de roulement disposés sur l'arbre intérieur sont formés par les faces latérales d'un prisme de préférence régulier, et la face d'ex trémité de chaque rouleau coopère avec l'une de ces faces pour transmettre le couple moteur. Dans cette disposition, il y a avantage a ce que la face d'extrémité de chaque rouleau ait la forme d'un cône aplati. Selon encore une autre forme d'exécution de l'invention. chaque chemin de roulement est formé par la paroi d'une rainure ayant une section en forme de segment de cercle, la face d'extrémité de chaque rouleau ayant dans ce cas la forme d'une calotte sphérique correspondant a ladite section de la rainure et étant engagée dans cette dernière. Si l'on fait en sorte que les parties de la surface extérieure de l'arbre intérieur comprises entre les rainures présentent, au moins dans leur zone se raccordant 9 la surface de palier du palier de guidage, le même diamètre que la surface de roulement, il n'est pas besoin de place supplémentaire pour disposer le palier de guidage; en d'autres termes, la longueur totale de l'arbre télescopiqua se trouve réduite d'une distance correspondant d la longueur du palier de guidage. Cet avantage peut être capital dans l'emploi d'arbres télescopiques, notamment dans une motrice ferroviaire. Les paliers servant a retenir les rouleaux dans 1 'ar- bre creux sont de préférence a roulement; ils peuvent être conçus très différemment. En général, pour transmettre plus facilement le couple de rerversement qui agit sur les rouleaux, on choisira des roulements à deux rangées de corps de roulement (par exemple des roulements a rouleaux ou des roulements a rouleaux coniques). Il peut être particulièrement avantageux d'utiliser des roulements & deux rangées de billes obliques, parce que leur encombrement dans le sens axial est faible, de sorte que les dimensions hors tout de l'arbre télescopique s'en trouvent réduites. Des exemples d'exécution de l'invention sont décrits ci-après avec référence au dessin, sur lequel - la figure 1 est une vue d'un arbre télescopique partiellement en coupe longitudinale, - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe a plus grande échelle selon les lignes II-II et III-III respectivement tracées sur la fig.l, - les figures 4 et 5 illustrent d'autres exemples d'exécution de l'invention, chacune d'elles en coupe transversale analogue d la coupe faisant l'objet de la fig.2, et - la figure 6 est une vue en coupe transversale au travers d'un système de palier préféré pour les rouleaux. L'arbre télescopique représenté aux fig.1 a 3 fait parte d'un arbre a cardan et comprend les éléments suivants 10 arbre intérieur; Il fourche de cardan fixée sur l'arbre intérieur; 12 trois rainures longitudinales unitormément réparties sur la circonférence de l'arbre intérieur et ayant une section d peu près rectangulaire; 13 chemins de roulement constitués par les parois latéra les des rainures 12; 15 arbre creux, de préférence en fonte; 16 fourche de cardan fixée & l'arbre creux au moyen de brides; 17 trois rouleaux montés dans l'arbre creux; 18 roulement a double rangée de rouleaux servant de palier pour chacun des rouleaux 17, servant en même temps d'appui pour ceux-ci dans la direction de leurs axes; 19 cuvettes de palier des rouleaux 18; 20 palier de guidage longitudinal entre l'arbre intérieur 10 et l'arbre creux 15; 21 surface de palier constituée par le pourtour de l'arbre intérieur 10 pour le palier de guidage longitudinal 20; 22 bagues d'étanchéité entre l'arbre intérieur 10 et l'arbre creux 15. On a représenté a la fig.1 l'arbre télescopique dans sa position la plus rétractée possible. Le palier de guidage longitudinal 20 est conçu sous forme de douille & billes disposées sur trois rangées qui, par rapport aux trois rouleaux 17, sont décalées de 600 (fig.3). Grâce à cette disposition, lorsque l'arbre télescopique est en position sortie maximale, les billes sont au contact des parties 21a du pourtour de l'arbre intérieur 10 qui subsistent entre les rainures 12 et qui font ainsi partie de la surface de palier 21 et ont le mens diamètre D que celle-ci. D'autres exemples d'exécution de l'invention sont représentés aux fig.4 et 5. A la fig.4 l'arbre intérieur 30 présente. dans le champ des chemins de roulement 33, la forme d'un prisme de section carrée dont les faces latérales constituent les chemins de roulement 33. La transmission du couple moteur est assurée ici par les faces d'extrémité des rouleaux 37 montés dans l'arbre creux 35. A chacun de ces rouleaux est affecté en plus d'un palier radial 38a un palier axial 38b qui prend appui contre un chapeau de palier 39. La face d'extrémité de chaque rouleau 37 peut, comme représenté de façon exagérée d la fig.$, être en forme de cône aplati. L'exemple d'exécution selon la fig.5 se distingue de celui selon la fig.4 essentiellement par le fait que les chemins de roulement 53 disposés sur l'arbre intérieur 59 solit constitués par la paroi d'une rainure 52 dont la section a la forme d'un ssç,;ent de cercle. Les rouleaux 57 sont, ici encore, montés a rntation dans l'arbre creux 35. Leur face d'extrémité a la forme d'une calotte sphérique correspondant a la rainure 52 dans ruelle elle est engagée. On a représenté a la fig.6 un montage des rouleaux 17 qui diffère de celui décrit dans les exemples d'exécution précé dente par le fait qu'il est constitué par un roulement a double range de billes obliques 48. Dans tous les exemples d'exécution ci-dessus les axes des rouleaux 17, 37, 57 sont disposés radialement sur l'axe de l'arbre télescopique et chaque rouleau ne comporte d son extrémité extérieure qu'un seul palier radial (18;38a). Au lieu de cette disposition les axes des rouleaux pourraient etre tangents e: l'arbre intérieur. Par exemple, à l'encontre de ce qui est représenté a la fig.4 pour un arbre intérieur A section carrée, les rouleaux pourraient être en contact avec cet arbre non pas par leur face d'extrémité, mais par leur pourtour. Dans ce cas, les rouleaux peuvent etrf montés avec leurs deux extrémités dans l'arbre creux, et l'on dispose les rouleaux de façon que deux rouleaux successifs se trouvent dans des plans distants l'un de l'autre dans le sens longitudinal de l'arbre télescopique. REVENDICATIONS 1. Arbre télescopique composé d'un arbre intérieur disposé coaxialement dans un arbre creux, l'un de ces arbres comportant plusieurs rouleaux répartis sur s?n pourtour et pouvant tourner chacun autour d'un axe de préférence radial, tandis que l'autre arbre présente pour chacun des dits rouleaux, un ou de préférence deux chemins de roulement qui 8 '6tendent dans la direction longitudinale et sont disposés de façon telle que les-rouleaux, par coopération avec ces chemins de roulement, servent d'organes de transmission du couple moteur cet arbre télescopique étant remarquable en ce que les chemins de roulement (13,33;53) sont prévus sur l'arbre intérieur (10;30;50) tondis que les paliers (18;38a38b;48) des rouleaux (17;37;;57) font partie de arbre creux (15;35;55). 2. Arbre télescopique selon la revendication 1, remarquable en ce que les paliers (18;38a,38b;48) des rouleaux (17; 37;57) sont disposés directement dans l'arbre creux (15;35;55), et en ce que des surfaces extérieures des rouleaux servent de surfaces de palier. 3. Arbre télescopique selon la revendication 1 ou 2, muni d'un palier de guidage (20) assurant le guidage parallèle mutuel des arbres intérieur (10;30;50) et extérieur (35;50;55), remarquable en ce que le diamètre (D) de la surface de palier (21) de l'arbre intérieur (10) est au moins égal au plus grand diamètre de la partie de cet arbre qui comporte les chemins de roulement (13). 4. Arbre télescopique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, remarquable en ce que les chemins de roulement (13) sont constitués par les parois latérales de rainures (12) ayant une section sensiblement rectangulaire dans lesquelles sont engagés les rouleaux (17). 5. Arbre télescopique selon l'une quelconque des rever:dicatSons I d 5, remarquable en ce que les chemins de roulement (33) disposés sur l'arbre intérieur (30) sont formés par les faces latérales d'un prisme de préférence régulier, et la face d'extrémité de chaque rouleau (37) coopère avec l'une de ces laces pour transmettre le couple moteur. 6. Arbre télescopique selon la revendication 5, remarquable en ce que la face d'extrémité de chaque rouleau (37) a la forme d'un cote aplati. 7. Arbre télescopique selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, remarquable en ce que chaque chemin de roulement (53) est formé par la paroi d'une rainure (52) ayant une section en forme de segment de cercle, la face d'extrémité de chaque rouleau (57) ayant la forme d'une calotte sphérique correspondant d ladite section de la rainure (52) et étant engagée dans cette dernière. 8. Arbre télescopique selon l'une quelconque des revendications 4 ou 7, remarquable en ce que les parties (21a) de la surface extérieure de l'arbre intérieur (10;50) comprises entre les rainures (12;52) présentent, au moins dans leur zone se raccordant d la surface de palier (21) du palier de guidage (20), le même diamètre (D) que la surface de roulement (21). 9. Arbre télescopique selon l'une quelconque des revendications 2 t 8, remarquable en ce que les paliers (48) des rouleaux (17;37;57) sont constitués par des roulements à deux rangées de billes obliques.