Brevet FR2367218A1 — publié le 19780505

La présente invention se rapporte aux accouplements électromagnétiques à liaison mécanique, notamment les accouplements électromagnétiques à friction comportant des disques élastiques à conductibilité magnétique et pouvant être utilisés dans les commandes des machines-outils et d'autres machines, par exemple ,.dans les boites automatiques de vitesses, les mécanismes d'avance et de déplacements auxiliaires, etc. On connaît des accouplements électromagnétiques à disques à conductibilité magnétique, dans lesquels le flux magnétique traverse deux fois les disques. Les accouplements en question comprennent un circuit magnétique circulaire à bobine fixée sur la partie arrière d'une douille dentée, dont l'autre extrémité porte un induit pouvant se déplacer librement dans le sens axial. Entre le circuit magnétique circulaire et l'induit est placé un empilage de disques à friction à conductibilité magnétique, composé alternativement de disques plats et élastiques (l'un après l'autre). Les disques intérieurs (en général plats) sont en prise avec la douille dentée, les disques extérieurs (en général .élastiques) sont en prise avec un doigt. Les disques élastiques sont constitués par au moins deux anneaux concentriques, reliés par des barrettes de raccordement.Ces anneaux comprennent des éléments élastiques qui réalisent la séparation de l'empilage de disques lors du débrayage de l'accouplement électromagnétique. Le moment développé par l'accouplement électromagnétique se compose de moments de friction proportionnels à la force normale agissant sur chaque paire de disques. Lorsque l'accouplement est mis en action, les forces normales sont créées à la suite de l'attraction magnétique P1 qui surmonte les forces d'élasticité P des disques et d'autres forces antagonistes P et redresse les disques élastiques à conductibilité magnétique pratiquement jusqu'à mé). Dans l'accouplement embrayé, quand le courant magnétique est constant et que les disques ne se déplacent pas axialement, on a : où P2 max est la valeur maximale de la force d'élasticité correspondant à l'état plat du disque élastique ; P4 est la réaction du disque comprimé (équivalent des contraintes de compression du matériau du disque) équilibrant la force magnétique en excès. Pendant le débrayage de l'accouplement, l'attraction magnétique décroît. Si, avant cela, les disques ont été complètement redressés (P4> 0), au cours de la première étape du débrayage la force normale P1 et la force de réaction P4 décroissent elles-aussi, l'empilage de disques plats étant immobile, et la condition d'équilibre (1) reste valable jusqu'à la valeur P4 = 0. A cette étape, le moment de l'accouplement est défini par les forces P1' c'est-à-dire par le processus électromagnétique. A l'expiration de l'intervalle de temps t1, lorsque la force P1 diminue jusqu'à la valeur commence la deuxième étape, c'est-à-dire le mouvement des disques sous l'effet des forces d'élasticité surmontant l'attraction magnétique résiduelle P1 et les autres forces antagonistes P . Alors où P3 comprend aussi les forces d'inertie des disques et de l'induit en mouvement. Au cours de la deuxième étape (t t1), le moment d'une paire donnée de disques est déterminé par la force élastique P2, qui est fonction univalente de la déformation du disque élastique considéré, en conformité avec sa caractéristique de rigidité (dans le sens axial). La deuxième étape s'achète au bout du temps t2, quand les disques cessent de se déplacer axialement, les faibles forces résiduelles se trouvant en équilibre : de magnétisme résiduel et de résistance au déplacement axial des disques, respectivement. La somme des moments résultant des forces dans chaque paire de disques constitue le moment résiduel transmis (Mrt). Si l'accouplement est soumis à un faible moment M2 (de l'ordre de quelques unités de pourcentage par rapport à par un patinage ("décrochage"), des disques, la valeur de la force élastique P2 correspondant au moment M2. Il est évident qu'à cet effet l'empilage de disques doit s'écarter presque complètement dans le sens axial, de façon que la déformation élastique résiduelle corresponde par sa caractéristique de rigidité à la force P2. La durée totale de débrayage de l'accouplement constitue l'intervalle de temps à partir du début de la variation du signal de commande jusqu'au début du patinage ("décrocha ") des disques extérieurs et intérieurs les uns par rapport aux autres. Pour un système électromagnétique donné de l'accouplement, la réduction de la durée de débrayage peut être obtenue, aux faibles charges, seulement grâce à la réduction du temps t2, qui est fonction de la réserve d'énergie potentielle des disques élastiques comprimés (c'est-à-dire des disques complètement déformés). La réserve d'énergie potentielle du disque élastique est égale à l'échelle à la surface au-dessous de la caractéristique de rigidité. Sa valeur limite et l'ordonnée maximale de la force élastique dans l'accouplement considéré sont limitées par la caractéristique de traction du système électromagnétique. La réserve d'énergie potentielle des disques élastiques, qui diffère de la réserve limite de la valeur nécessaire pour satisfaire à la condition exigée de rapidité d'action lors de l'embrayage, sera dans ce qui suit appelée "réserve limite admissible". Pour obtenir une durée minimale de débrayage de l'accouplement, il est nécessaire évidemment d'avoir la réserve maximale admissible de l'énergie potentielle du système élastique. Les constructions connues des disques élastiques des accouplements électromagnétiques (brevet d'in- satisfaire à cette exigence ; leurs anneaux extérieur et inférieur, reliés par les barrettes, possèdent un nombre égal d'ondes sinusoïdales coïncidant en phases, dont l'amplitude décroît uniformément dans le sens radial à partir du centre vers la périphérie des disques (ces disques sont connus sous le nom "disques de sinus").Grâce à la similitude de la ligne élastique des anneaux intérieur et extérieur, ainsi qu'aux coupures de l'anneau intérieur et des barrettes suivant l'axe radial de symétrie de ces dernières, les barrettes de' ces disques "de sinus" ne se déforment pratiquement pas par rapport au plan (plus précisément par rapport à la surface cylindrique à très faible courbure) dans lequel se trouvent chaque barrette et les secteurs des anneaux extérieur et intérieur adjacents à celleci. Selon une autre variante de construction (voir le brevet d'invention de la R.F.A. N[deg] 957357) on utilise comme éléments élastiques sur les anneaux des disques élastiques des convexités disposées régulièrement suivant la circonférence et étirées et inclinées dans le sens radial. Etant donné que chaque disque ondulé est placé entre deux disques plats, les forces normales, lors de la mise en action de l'accouplement, sont appliquées aux sommets des ondes. Sous l'action de ces forces, il se produit une réduction de l'amplitude d'onde et une augmentation de l'arc de contact des disques élastiques avec les disques plats voisins ; c'est pourquoi la longueur réelle de l'onde "portée" diminue, ce qui provoque un accroissement brusque de la rigidité du disque. Avec la diminution de l'amplitude, la "portée" a tendance à se rapprocher asymptotiquement de zéro, et par conséquent la rigidité s'accroît infiniment.Ainsi, la caractéristique de rigidité de tels disques élastiques présente une faible pente au début de la compression, cette pente croissant au fur et à mesure du redressement des ondes, et un rapprochement asymptotique de l'état de déformation complète du disque (disque plat) avec l'accroissement brusque de la force élastique P2 . En conséquence, au début du relâchement de tels disques, la force diminue brusquement, une partie relativement grande de l'énergie potentielle est dépensée, et l'énergie résiduelle n'est pas suffisante pour assurer un débrayage net et rapide de l'empilage à friction sur un secteur considérable de déplacement des disques élastiques. C'est pourquoi il est impossible d'obtenir un débrayage suffisamment net et rapide des accouplements électromagnétiques en question sous les charges faibles (c'est-à-dire lorsque leurs disques élastiques sont presque complètement desserrés). L'une des mesures connues permettant d'obvier aux inconvénients mentionnés consiste à fabriquer des disques élastiques à amplitude d'onde accrue ou au nombre d'ondes accru. Cependant, dans ce cas, l'effort maximal de compression du disque élastique jusqu'à l'état pratiquement plat croit brusquement et devient supérieur à l'effort de traction électromagnétique créé dans l'accouplement, ce qui a pour effet une compression incomplète de l'empilage à friction et, par conséquent, une réduction du moment transmis par l'accouplement électromagnétique. En outre, l'accroissement du nombre d'ondes provoque une augmentation du moment résiduel de rotation de l'accouplement électromagnétique par suite de l'accroissement du nombre de points de contact mutuel des disques voisins dans l'accouplement débrayé.Aux amplitudes d'ondes plus élevées la course de l'induit augmente et l'effort/initial de traction (effort de démarrage) décroît, ce qui abaisse la fiabilité de l'accouplement. On connaît également des disques à découpures courbées et à plaques d'écartement se trouvant hors de la zone de contact de friction (brevet d'invention de la R.F.A. cl.47C-13/56 N[deg] 157983). Dans ces disques, les parties étroites en arc de l'anneau extérieur ou intérieur, séparées par les fentes en L, sont courbées axialement en formant. des éléments élastiques. Sur le bout de chaque élément est montée une plaque d'écartement dont la dimension axiale correspond à la distance entre les disques sans tenir compte du disque se trouvant dans l'intervalle, c'est-à-dire entre les disques élastiques se trouvant en interaction lorsque l'empilage est serré. Dans l'accouplement électromagnétique embrayé, les éléments élastiques courbés à l'état libre coïncident avec le plan du disque, c'est-à-dire qu'ils sont déformés du fait que les plaques d'écartement butent contre la partie plate du disque en interaction. En cas de débrayage de l'accouplement, les éléments en tendant à prendre une position sans contrainte (c'est-à-dire une position courbée), écartent les disques extérieurs (ou intérieurs).Un débrayage net de l'empilage de disques n'est possible qu'avec une force d'élasticité maximale considérable. Cependant, étant donné que les éléments élastiques se trouvent hors de la zone de contact de friction, ils déforment les disques voisins aux endroits où ils butent contre ces derniers, ce qui, à la suite de la continuité de la répartition des déformations, conduit à un serrage incomplet de l'empilage et à une réduction du moment transmis par l'accouplement. En outre, la fabrication de tels disques est compliquée. Pour réduire la durée de débrayage des accouplements électromagnétiques, on utilise en même temps que les disques élastiques précités, des éléments élastiques supplémentaires qui écartent tout l'empilage à friction des pôles du circuit magnétique circulaire de l'accouplement (brevet d'invention R.F.A. N[deg] 819187 cl.47C-15). Dans ce cas, au cours du débrayage de l'accouplement électromagnétique, il se forme entre les pôles et l'empilage de disques à conductibilité magnétique un plus grand espace d'air, accélérant l'affaiblissement de l'effort électromagnétique, ce qui facilite le débrayage de l'empilage de disques. Cependant, les éléments élastiques extérieurs n'affaiblissent pas l'interaction élastique des disques à l'intérieur de l'empilage, dont dépend principalement la durée de débrayage.C'est pourquoi l'uti- lisation de ces éléments sous de faibles charges donne un effet insignifiant. En même temps, l'introduction de ces éléments rend plus compliquée la construction de l'accouplement et augmente ses dimensions, tant à cause du volume des éléments eux-mêmes que de la nécessité éventuelle d'augmenter l'effort électromagnétique lors de l'embrayage. En tant qu'éléments facilitant le débrayage de l'empilage, on emploie également des ressorts disposés entre les dents de la douille (brevet d'invention GRANDE BRETAGNE N[deg] 1154634 cl. 80(2) . Une partie des disques sont liés aux spires de ces ressorts et se déplacent dans le sens axial conjointement avec ceux-ci. Cependant, dans ce cas, on doit assurer une disposition strictement identique des spires des ressorts pendant toute la durée de fonctionnement de l'accouplement, ce qui, pratiquement, est très difficile à réaliser.Dans ce cas, l'effet utile ne peut être obtenu qu'au prix d'une complication de la technologie, de l'élévation du prix de revient et de la baisse de la fiabilité de l'accouplement, car la non observation de la disposition requise des spires des ressorts peut conduire à un effet négatif Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients décrits ci-dessus. On s'est proposé pour cela de mettre au point un accouplement électromagnétique qui assurerait, lors du débrayage sous des charges peu importantes, un débrayage net et rapide de l'empilage de disques, tout en conservant une faible valeur du moment résiduel et une valeur élevée du moment transmis, sans dépasser l'encombrement et le prix de revient prescrits et sans modifier les principaux processus technologiques prévus, et ce, grâce à l'utilisation des barrettes reliant les anneaux extérieur et intérieur du disque, en tant qu'éléments élastiques supplémentaires. Ce problème est résolu de fait que dans l'accouplement électromagnétique du type contenant un circuit magnétique circulaire à bobine disposée sur l'extrémité d'une douille dont l'autre extrémité porte un induit, et un empilage de disques à conductibilité magnétique monté entre l'induit et le circuit magnétique, une partie desdits disques étant élastique et chaque disque à conductibilité magnétique étant constitué par un anneau extérieur et un anneau intérieur disposés concentriquement et reliés par des barrettes de raccordement, suivant l'invention les barrettes des disques élastiques à conductibilité magnétique sont torsadées à l'état libre par rapport à leur axe radial et sont fléchies par rapport à la normale à leur axe radial,ce qui assure une déformation complexe de torsion et de flexion lors de la rotation relative des embases de la barrette autour de leur axe radial et du déplacement différent de ces embases par rapport au plan primitif du disque (on admet comme plan primitif du disque élastique le plan dans lequel se trouve le disque plat avant de lui conférer les propriétés d'un ressort). Dans le disque élastique confectionné de cette façon, les barrettes jouent le rôle d'éléments élastiques supplémentaires (en plus des anneaux extérieur et intérieur ondulés à valeur finie de force d'élasticité lorsque le disque est à l'état complètement déformé (plat). Cela permet d'obtenir une caractéristique de rigidité plus aplanie, c'est-à-dire d'augmenter l'énergie potentielle du disque comprimé en la rapprochant de la valeur maximale admissible, d'utiliser une amplitude d'onde plus faible, c'està-dire une course plus petite pour le débrayage de l'empilage pour une même force maximale d'élasticité du disque élastique complètement comprimé, et par conséquent d'augmenter la netteté et diminuer la durée de débrayage de l'accouplement sous de faibles charges.En outre, on réussit à conserver une faible valeur du moment résiduel et une valeur élevée du moment transmis par l'accouplement, car les conditions de contact mutuel des disques dans l'accouplement débrayé et l'effort maximal de compression du disque élastique jusqu'à l'état plat ne varient pas. En exécutant la déformation de torsion et de flexion, par exemple au moyen d'un déphasage de 180[deg] des ondes des anneaux extérieur et intérieur, on peut utiliser la technologie actuelle. de fabrication des disques élastiques. Les avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description, qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif, faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale suivant l'axe de l'accouplement électromagnétique proposé, avec les disques élastiques extérieurs; - la figure 2 représente un disque élastique extérieur comportant des anneaux ondulés extérieur et intérieur et des barrettes qui ont subi une déformation complexe de torsion et de flexion; - la figure 3 illustre une barrette fléchie et torsadée, à l'état libre (sans contrainte); - la figure 4 représente une vue développée du disque. élastique dans les limites de l'angle alpha montré sur le/figure 2;- la figure 5 illustre les dépendances qualitatives des rigidités d'un disque élastique à conductibilité magnétique de construction proposée et d'un disque de construction connue; - la figure 6 montre des courbes comparatives illustrant les caractéristiques dynamiques relatives au moment transmis lors du débrayage d'un accouplement de construction proposée et d'un accouplement de construction connue. L'accouplement électromagnétique suivant l'invention (figure 1) comprend une douille 1 sur laquelle/sont disposés un circuit,magnétique circulaire 2 avec une bobine 3 et un induit 4 coulissant librement le long détaxe de l'accouplement. Entre le circuit magnétique 2 et l'induit 4 se trouve un empilage de disques à conductibilité magnétique, constitué par des disques plats inférieurs 5 et des disques extérieurs élastiques 6 placés entre ceux-ci. Chaque disque élastique 6 est constitué par un anneau extérieur ondulé plein 7 (figure 2), un anneau intérieur ondulé 8 à fentes radiales et des barrettes de raccordement 9 torsadées et fléchies d'une manière complexe.La déformation en flexion des barrettes 9 (figure 3) est obtenue à la suite du déplacement différent vertical h1 et h2 des embases intérieures 10 et des embases extérieures 11 des barrettes 9 par rapport au plan primitif 12 du disque, et la déformation de torsion, du fait de la rotation relative des embases 10 et 11 des barrettes 9 d'un angle ( 1+ autour de leur axe radial 0' - 0" (figure 3), ce qu'on peut réaliser par exemple au moyen d'un décalage des ondes des anneaux ondulés extérieur 7 (figure 4) et intérieur 8 d'un angle de phase de 180[deg]. L'accouplement électromagnétique qui vient d'être décrit (figure 1) fonctionne de la manière suivante. Dans la position débrayée de l'accouplement., les forces normales agissant sur les disques 5 et 6 sont égales approximativement à zéro. Les disques intérieurs 5 tournent conjointement avec la douille 1 , les disques extérieurs 6 sont liés avec la charge. A la suite des contacts éventuels et de la viscosité de l'huile se trouvant entre les disques 5 et 6, l'accouplement développe un moment de rotation résiduel faible en comparaison de la charge, les disques 5 et 6 patinent à une vitesse relative déterminée par la cinématique du mécanisme dans lequel est incorporé l'accouplement. Lors de l'embrayage de l'accouplement (lE/conducteur d'amenée de courant n'est pas représenté), le courant magnétique, en passant par les disques 5, 6 et l'induit 4, crée une force d'attraction magnétique. L'empilage de disques 5, 6 et l'induit 4 sont attirés vers le circuit magnétique 2. Les forces normales agissant sur les disques voisins 5 et 6 tendent à diminuer la flèche de flexion des parties ondulées du disque élastique 6 (figure 4), d'abord sur l'anneau intérieur 8 et ensuite sur l'anneau extérieur 7 aussi. Lorsque l'onde se redresse, il se produit une rotation des embases 10, 11 (figure 3) des barrettes 9 et leur déplacement différent dans le sens axial ; dans ce cas, les embases 10 et 11 de chaque barrette 9 tournent à la suite de la coïncidence des anneaux 7 et 8 avec le plan 12 dans des sens opposés par rapport à l'axe radial de la barrette, d'un angle + 1 et-92 respectivement.Dans ce cas, les disques 6 accumulent une énergie potentielle supplémentaire (par rapport au disque "de sinus" avec une amplitude d'onde a1) correspondant à la surface au dessous de la courbe "b" sur la figure 5, tandis que l'élasticité d'onde des anneaux 7 et 8, l'amplitude étant a1 et les barrettes n'étant pas déformées , permet de créer une réserve d'énergie-correspondant à la surface au-dessous de la courbe "c" (figure 5). La courbe totale de rigidité "d" du disque 6 pour la valeur de l'amplitude d'onde a1 assure une réserve d'énergie qui, pour les barrettes non déformées (connues), exigerait une valeur plus grande de l'onde a2 pour une forme moins avantageuse de la courbe de rigidité "e" (représentée sur la figure 5 par les pointillés). Lors du débrayage de l'accouplement, les forces d'élasticité des disques 6, comprimés auparavant jusqu'à l'état pratiquement plat (c'est-à-dire l'état déformé au maximum), surmontent l'attraction magnétique décroissante et assurent le débrayage net et rapide des disques avec diminution du moment suivant la courbe "f" (figure 6), tandis que pour les disques comportant des barrettes non déformées (connues), la diminution du moment correspond à la courbe "g" (figure 6). La durée de débrayage sous la charge M2 sera respectivement t3 et t4 ; il est à_noter que t3 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en u̇vre dans le cadre de la revendication qui suit. REVENDICATION Accouplement électromagnétique dans lequel un circuit magnétique circulaire dont la bobine est placée sur l'extrémité d'une douille dont l'autre extrémité porte un induit, et entre ledit induit et ledit circuit magnétique est disposé un empilage de disques à conductibilité magnétique, dont certains sont élastiques et dont chacun est composé d'un anneau extérieur et d'un anneau intérieur disposés concentriquement et reliés par des barrettes de raccordement, caractérisé en ce que les barrettes de raccordement des anneaux des disques élastiques à conductibilité magnétique sont torsadées à l'état libre par rapport à leur,axe radial et fléchies par rapport à la normale à leur axe radial, ce qui assure une déformation complexe de torsion et de flexion lors de la rotation relative des embases de la barrette autour de leur axe radial et un déplacement différent de ces embases par rapport au plan primitif du disque à conductibilité magnétique.