Brevet FR2390628A1 — publié le 19781208

L'invention concerne un accouplement pour relier rigidement deux organes coaxiaux et adaptés à transmettre un couple, par exemple deux arbres, accouplement comportant deux moitiés d'accouplement qui viennent l'une contre l'autre par leurs faces frontales et qui sont serrées l'une contre l'autre par des éléments de liaison. L'invention concerne en outre l'emploi de cet accouplement comme élément de liaison entre une pièce d'un accouplement articulé et une pièce de machine contiguë. Aux accouplements connus de ce type appartiennent par exemple les accouplements à plateaux. Les moitiés d'accouplement sont dans ce cas constituées par des brides qui viennent l'une contre l'autre lelong de faces frontales planes disposées perpendiculairement à l'axe de rotation et qui sont serrées l'une contre l'autre par des boulons ou des élé- ments de liaison analogues. La transmission du couple résulte alors seuliement du blocage a' friction obtenu par la=contrainte de traction des boulons. Il y a des limites au couple pouvant être transmis quand on ne peut pas donner aux brides la taille voulue par suite de conditions de place restreintes. Pour fixer des roues, des plateaux ou des pièces analogues sur un arbre il est connu d'utiliser des logements coniques (demande de brevet d'Allemagne Fédérale publiée après examen sous le N 1 066 818). On con nait aussi des embrayages à friction avec des~surfaces de frottement coniques. On sait que, dans dés accouplements de ce genre où les moitiés d'accouplement viennent l'une contre l'antre par des surfaces coniques au lieu de surfacées planes, il se produit une augmentation de la force de serrage ou de blocage appliquée-de sorte qu'on peut transmettre un couple plus élevé. Mais ce genre de construction présente l'inconvénient que les surfaces de serrage coniques nécessitent beaucoup de place en direction axiale.En outre, leur fabrication est três-coateuse parce qu1il faut les usiner avec une grande précision. Pour ces-raisons, on en est arrivé à beaucoup d'autres accouplements dans lesquels on a pris autres mesures pour accroître le couple transmissible. Ces mesures sont par exemple l'emploi de boulons ajustés, ltinsertion d'une clavette transversale entre les faces frontales des moitiés d'accouplement (revué "Konstruktion 1977", page 427, colonne de gauche), le montage d'une denture frontale brevet d'Allemagne Fédérale 440 816) ou la- disposition de chevilles coniques dirigées radialement entre les moitiés d'accouplement (demande-de brevet d'Allemagne Fédérale publiée après examen sous 1e N 1 450 160).Par ces mesures on renforce ou remplace la liaison à blocage-par friction par une liaison à blocage par emboftement Ces accouplements sont également de fa brication conteuse. Certains de ces accouplements connus sont aussi sensibles aux contraintes de chocs ou aux contraintes alternées, en particulier l'accouplement connu â clavette transversale. L'accouplement avec denture frontale a l'inconvénient de produire une forte poussée axiale lors de la transmission du couple. Dans un autre accouplement connu à blocage par embottement (brevet d'Allemagne Fédérale 635 207) on pratique, dans les faces frontales des brides, des nervures et des rainures en forme de spirale qui s'engrènent les unes dans les autres. En outre, très récemment, spécialement pour lier un arbre d'arti- culation aux arbres adjacents, on a fait d'autres propositions d'aceou- plement à blocage par emboitement : selon la demande de brevet d'Allemagne Fédérale publiée avant examen sous le N 25 54 574, les brides d'un accouplement à plateaux présentent plusieurs groupes de dents parallèles les unes aux autres et s'engrènant les unes dans les autres. Selon le modèle d'utilité d'Allemagne Fédérale 77 05 744, les faces de contact des deux brides d'un accouplement se trouvent dans un plan contenant l'axe de rotation. Ces propositions ont elles aussi l'inconvénient d'entraîner des frais de fabrication élevés. Tous les accouplements à blocage par emboitement ont d'ailleurs en commun le fait que les moitiés d'accouplement ne peuvent pas être réunies l'une à l'autre dans n'importe quelle position, mais qu'elles doivent être d'abord amenées dans la position correcte par rotation d'une moitié. A la base de l'invention se trouve le problème de réaliser un accouplement du genre énoncé au début qui, avec un mode de construction simple et peu encombrant, convienne à la transmission de couples élevés et tout particulièrement de couples alternés. Ce problème est résolu en disposant sur la face frontale d'une des moitiés d'accouplement plusieurs nervures de forme circulaire, concentriques à l'accouplement, qui engrènent dans des rainures correspondantes de l'autre moitié d'accouplement. Les faces latérales des nervures sont inclinées de sorte que l'ensemble offre de nombreuses surfaces de serrage coniques et concentriques a' l'axe d'accouplement. Contrairement aux accouplements connus qui présentent une seule grande surface de serrage conique, dans l'accouplement selon 1'invention, la totalité des petites surfaces de serrage coniques (vues en coupe longitudinale) ne prend qu'une place très faible en direction axiale. La solution selon l'iDvention s1est opposée a' la crainte que, lors de la jonction des deux moitiés d'accouplement - Si l'on admettait les tolérances habituelles sur les nervures et les rainures -, une partie seulement des surfaces de serrage coniques ne viennent en contact mutuel. On croyait que l'on ne pouvait obtenir dans une meSure suffisante, le contact entre les surfaces de serrage coniqueszindispensable a' une transmission sûre du couple nécessaire qu'avec un usinage très précis ett par conséquent, très coûteux des nervures et des rainures. On a cependant découvert que l'on devait donner aux nervures et rainures une section telle quelesnervures puissent se déformer au moins élastiquement lors de l'assemblage et du serrage des moitiés d'accouplement - lorsqu'il existe certains écarts de dimensions, naturellement pas trop grands -. Le cas échéant, lors du premier assemblage de l'accouplement, il peut meme se produire une déformation permanente des nervures. De cette manière, on maintient dans des limites raissonnables les exigences d'exactitude de fabrication et, par suite, les coûts de fabrication. Il est vrai d'autre part que l'on pouvait. craindre de devoir, à cause d'une éventuelle déformation des nervures, augmenter la force de serrage et, par suite, le nombre de boulons nécessaires au serrage des deux moitiés d'accouplement. Cela constituerait un inconvénient car l'accouplement doit comporter un nombre de boulons aussi faiblé que possible, afin que lton puisse au besoin le desserrer rapidement et le réassembler rapidement.En d'autres mots, l'accouplement doit pouvoir être utilisé aussi en accouplement débrayable rapidement.-Cette exigence additionnelle peut etre satisfaite en donnant aux nervures les dimensions sui vantes en coupe: largeur de la tête :1 à 5 mm; hauteur : 2 a 10 mm; inclinaison des côtés : à 160. On obtient ainsi un rapport tres avantageux entre l'effort des boulons et le couple transmissible. Les nervures et rainures sont alors réalisées avec une superficie transversale particulièrement faible et avec un profil transversal relativement mince. On a trouvé d'autre part particulièrment avantageux de limiter le nombre de nervures et de rainures concentriques,c'est-à-dire d'en prévoir moins que lton ne pourrait en disposer sur les faces frontales des deux moitiés d'accouplement, de sorte qu'elles occupent seulement 20 à 60 X, ou de préférence 25 à 40 %, environ de ces faces frontales. Les dispositions que l'on vient de décrire dans leur ensemble procurent à la fois deux avantages distincts. Dlune part, lors de ltas- semblage des deux moitiés d'accouplemént, Si une déformation des ner vures est nécessaire, la résistance à la déformation est relativement faible de sorte qu'un petit nombre de boulons de serrage suffit. D'autre part, la fabrication est simple non seulement parce que - comme on l'a déjà dit - on peut admettre les tolérances habituelles, mais aussi parce que lors de la fabrication des nervures et des rainures on n'a que peu de matériau à enlever. Une idée partielle essentielle de l'invention est de donner les mêmes dimensions en coupe de nervures et rainures pour toutes les tailles d'accouplements - ou au moins pour le nombre prépondérant de celles à prévoir - de sorte que lorsque la talle de l'accouplement croit, on a simplement à augmenter le nombre de nervures et de rainures. Cela a aussi l'avantage que-l'on peut fabriquer avec le même outil les nervures et rainures d'accouplements de différentes tailles. Il convient particulierement de ne disposer les nervures et rainures que dans la région médiane des faces frontales transmettant le couple, ces faces frontales étant en règle générale des faces circulaires. On réussit ainsi à étayer, aussi bien dans la zone radialement extérieure que dans la zone radialement intérieure des faces frontales, les nervures extrêmes grâce à du "matériau supporte (c'est-à-dire grâce à des zones de la bride d'accouplement qui ne sont pas affaiblies par des rainures). L'accouplement selon l'invention constitue une liaison à serrage à grande endurance et sans jeu, qui ne comporte pas de verrouillage par emboStement, c'est-à-dire que la transmission du couple a lieu seulement par blocage à friction. L'accouplement convient ainsi également- pour une contrainte élevée sous une charge oscillante. En meme temps, la valeur fixée plus haut pour l'inclinaison des côtés des surfaces de serrage coniques permet de desserrer l'accouplement sans une dépense d'énergie particulière. Cela constitue une condition importante pour l'remploi de llaccouplement comme accouplement débrayable rapidement. D'autres réalisations appropriées de l'embrayage ressortiront de la suite de la description. Si la totalité des nervures et rainures dt une moitié d'accouplement doit être usinée en mSme temps par un outil unique, il est commode que la portion interne et la portion externe sans nervure des faces frontales soient axialement décalées de la hauteur des nervures. On peut ainsi, en effet, utiliser un seul et meme outil pour les deux moitiés d'accouplement. Une idée consistant à mettre les boulons de serrage radialement à l'extérieur d'au moins une des moitiés d'accouplement que l'ont munit d'une bride mobile, d'un segment de bride mobile ou d'une pièce de serrage analogue, est particulièrement intéressante quand l'accouplement selon l'invention sert à la liaison de pièces de machines singulière- ment lourdes, par exemple dans l'entratnement d'un laminoir, et Piac- couplement peut alors être utilisé en accouplement rapidement débrayable.Dans ce cas, il est désagréable d'avoir à faire tourner lors de l'assemblage de l'accouplement une des pièces de machinera accoupler avec une des deux moitiés d'accouplement jusqu'à ce que les trous pour les boulons dans les-deux moitiés d'accouplement colncident. On évite cet inconvénient avec la disposition qui vient d'être proposée. L'emploi de plusieurs segments de bride mobiles au lieu d'une seule bride mobile - indépendamment de la réduction de poids - présente l'avantage que les segments dé bride peuvent 8tre complètement enlevés après séparation des pièces de machine à accoupler.Un autre avantage de ceDmode de construction consiste en ce que l'accouplement peut, sous un couple saccadé extrêmement élevé, agir en accouplement de sécurité à glissement. Il est particulièrément avantageux d'utiliser l'accouplement selon l'invention pour relier un accouplement articulé à une pièce de machine adjacente servant au renvoi du-coupIe transmis. Il s'agit alors avantageusement de parties d'arbres articulés établis pour l'entrainement de grosses machines, par exemple de- laminoirs. On doit y transmettre des couples particulièrement élevés avec une -charge oscillante et des conditions de place limitées. On sait qu'-un arbre articule comprend deux accouplements articulés et entre ceux-ci un arbre télescopique pour la nécessaire compensation de longueur.On cherche, dans un arbre articulé prévu pour ce cas de mise en oeuvre, à optimiser sur la meme endurance tous les organes de transmission d'énergie, èn particulier les têtes de fourches, les croisillons et les portions d'arbre de arbre téles copique avec leurs dentures longitudinales.Dans es arbres articulés connus, les organes les plus faibles dans cette channe sont les liaisons entre les tetes de fourehes et les parties d'arbre de arbre té lescopique (réalisées jusqu'ici par liaison soudée ou accouplement à plateaux du type de construction traditionnel) et la liaison entre l'arbre articulé et la pièce de machine entraRnee par celui-c1. par exemple le tourillon d'entratnement-d'un cylindre.Si l'on-utilise pour ces liaisons des aecouplements selon laprésente invention, on arrive à donner à ces liaisons la meme endurance qu'aux autres organes de l'arbre articulé sans dépasser un diamètre extérieur maximal admissible prédéterminé. On va décrire des exemples de réalisation de l'invention en se référant au dessin joint dans lequel la fig 1 est une vue d'une moitié d'accouplement d'un accouplement conforme à l'invention, vue prise selon la-direction de la flèche I de la fig 2; la fig 2 représente une coupe longitudinale partielle de l'accouplement; la fig 3 représente une coupe longitudinale partielle d'une articulation à croisillon avec deux accouplements réalisés conformément à l'invention; la fig 4 représente une coupe longitudinale partielle d'une variante de réalisation de l'exemple des fig 1 et 2; la fig 5 représente une coupe selon la ligne V-V de la fig 4 à échelle réduite par rapport à celle de la fig 4. Dans les fig 1 et 2, on a désigné par 41 une moitié d'accouplement d'un accouplement constitué selon l'invention et par 42 l'autre moitié d'accouplement. Ces deux moitiés d'accouplement ont des brides d'accouplement 21, 22 qui viennent l'une contre l'autre par leurs faces frontales 11, 12 à ltetat assemblé. La face frontale Il de la bride 21 comporte des nervures 43 qui s'engrènent dans des rainures correspondantes formées dans la bride 22. Ces nervures 43 et ces rainures s'étendent selon des cercles et sont disposées concentriquement à l'accouplement. Ces nervures 43 peuvent être dimensionnées comme on l'indiquera plus loin dans les explications relatives aux fig 4 et 5. Pour le serrage réciproque des deux moitiés d'accouplement, on prévoit des boulons 44.Les surfaces latérales des nervures et des rainures sont inclinées de sorte que la section des nervures se rétrécit comme un coin. On peut ainsi appeler cet accouplement un "accouplement à clavettes". Les inclinaisons des deux surfaces latérales de toutes-les nervures sont avantageusement égales. On voit sur les fig 1 et 2 que les nervures 43 et les rainures n'occupent qu'un peu plus de la moitié des faces frontales de forme circulaire 11, 12 et cela dans la zone radialement extrême des faces frontales. La largeur médiane des nervures 43 d'une moitié d'accouplement 41 est de préférence égale à la largeur médiane des nervures restant entre les rainures dans l'autre moitié d'accouplement 42. La fig 3 montre des possibilités d'utilisation de l'accouplement conforme à l'invention dans un arbre articulé. Le dessin n'en montre qu'une des deux articulations à croisillon 30. Cette articulation à croisillon 30 comporte une première tête de fourche 31 avec une bride daccouplement 22 qui est liée à un arbre creux 33 à entratzer muni d'une bride d'accouplement 21, ainsi qu'un croisillon 36 et une deuxième tête de fourche 37 qui est liée à l'extrémité 39 d'un arbre té lescopique. Les brides d'accouplerent 21 et 22 forment un accouplement à clavettes selon les fig 1 et 2, avec des nervures et des rainures concentriques, de forme circulaire, que lton a simplement indiquées schématiquement en 34 et avec des-boulons de serrage 35.De maniere analogue, la liaison entre la tête de fourche 37 et l'arbre télescopique 39 forme un accouplement à clavettes. Ici aussi on a prévu des nervures et des rainures concentriques que l'on a également représentées de manière simplement schématique en 38. L'accouplement représenté sur les fig 4 et 5 comporte encore d'autres améliorations par rapport à l'exemple de réalisation selon les fig 1 et 2. Cet accouplement comprend aussi deux moitiés d'accouplement 51 et 52 qui viennent ltune contre l'autre par leurs faces frontales 16, 17 et 18, 19. Llune seulement 52 des moitiés d'accouplement présente une bride d'accouplement 27 dans laquelle passent les boulons de serrage (par exemple 4 boulons). Contrairement à la réalisation selon les fig 7 et 2, la bride d'accouwlement 27 n'appartient pas à la zone des faces frontales venant l'une contre l'autre et trånssmettant le couple, mais elle sert seulement à l'établissement des efforts exercés par les boulons.Sur l'autre moitié d'accouplement on a disposé, pourla transmission des efforts exercés par les boulons, autant de segments de bride mobiles 55 qutil y a de boulons de serrage 54. Au lieu des divers segments de bride 552 on pourrait aussi prévoir une seule bride mobile de forme circulaire. Chaque segment de bride -55 comporte dans sa zone radialement interne une sailiie 56 qui engrène dans une encoche annulaire 57. Les segments de bride 55 sont ainsi maintenus- contre la force cen trifuge Les nervures 53 également prévues etdisposées concentriquement en forme de cercles, ainsi que les rainures correspondantes n'occupent qu'un tiers environ des faces frontales 16, 17 et 18, 19 servant à la transmission du couple.Elles sont placées ici dans la zone médiane de l'ensemble de ces faces frontales. On. évite ainsi que, lors du serrage de l'accouplement, la nervure extrême ne soit poussée vers l'extérieur comme cela peut le cars échéant se produire dans la réalisation selon les fig 1 et 2. On a trouvé que l'on pouvait donner aux -nervures- d'accouplements de tailles différentes les mêmes dimensions en coupe. La largeur de tête a peut Stre comprise entre 2 et 3 mm, la hauteur h entre 3. et 5 mm et l'inclinaison des côtés b entre 10 et 12 . Le. nombre de nervures 53 croît de manière correspondante lorsque la taille de l'accouplement augmente. Comme on l'a déjà indiqué plus haut, il convient pour simplifier la fabrication que les parties de faces frontales 16 et 17 qui sont sans nervure et qui se trouvent radialement à l'intérieur des nervures 53 soient décalées de la hauteur h des nervures par rapport aux paries de faces frontales 18 et 19 se trouvant radialement à l'extérieur des nervures. En outre, il est avantageux de prévoir dans l'use des moitiés d'accouplement un évidement tourné 61 et dans autre pitié d'accouplement un collet s'adaptant avec un jeu important dans cet évidement. Il se produit ainsi un précentrage lors de l'assemblage des moitiés d'accouplement Pour faciliter l'introduction du collet 62 dans l'évi- dement tourné 61, on munit ce collet 62 d'un rétrécissement conique. REVENDICATIONS 1 - Accouplement pour la liaison rigide de deux organes, de même axe, adaptés à la transmission de couples, par exemple de deux arbres, comportant deux moitiés d'accouplement qui viennent l'une contre l'autre par des faces frontales-et qui peuvent être serrées l'une contre l'autre par des éléments de liaison1 -caractérisé en ce que l'on dispose sur la face frontale (11; t6/18) de l'une des moitiés d'accouplement (41; 51) plusieurs nervures (43; 53) concentriques à l'accouplement et présentant des surfaces latérales inclinées, qui engrènent dans des rainures cor respondaates de l'autre moitié d'accouplement (42; 52). 2 - Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dimensions des nervures (43; 53), vues en coupe, sont comprises dans les limites suivantes : largeur de tête (a) 1- â 5 mm; hauteur (h) : 2 à 10 im; inclinaigon des catés (b) :-8 à 16 . 3 - Accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les nervures (43; 53) et les rainures n'occupent qu'environ 20-à 60 96 des faces frontales (11, 12; 16/18 17/19) selon lesquelles les moitiés d'accouplement (41, 42;- 51, 52) viennent l'une contre l'autre. 4 - Accouplement selon la revendication 3, à faces frontales de forme circulaire, caractérisé en ce que les nervures (-53) et les rainures sont disposées dans la région radialement centrale-des faces frontales (16/18, 17/19). 5 - Accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les dimensions des nervures (43; 53) d'une moitié a accouplement (41; 51) sont égales aux dimensions des nervures se trouvant entre les rainures de l'autre moitié d'accouplement (42; 52). 6 - Accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les nervures (43, 53) ont une section de forme tra pézoldale. 7 - Accouplement selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les dimensions des nervures (43; 53), vues en coupe, sont comprises dans les limites suivantes : largeur de tête (a): 2 à 3 mm; hauteur (h) : 9 à 5 mm; inclinaison des cStés (b) : 10 à 120. 8 - Accouplement selon lune quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les nervures (53) et les rainures n'occupent que 25 à 40 % des faces frontales (16/18, 17/19). 9 - Accouplement selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la portion radialement interne sans nervure (16, 17) des faces frontales est décalée en direction axiale de la hauteur (h) des nervures (53) par rapport à la partie radialement externe sans nervure (18, 19) des faces frontales. 10 - Accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments servant au serrage des moitiés d'accouplement, par exemple des boulons (54), se trouvent radialement à l'extérieur d'au moins une des deux moitiés d'accouplement (51) et en ce que l'on prévoit pour la transmission de 11 effort de ces éléments sur cette moitié d'accouplement (51) une bride libre, un segment de bride libre (55) ou une pièce d'assujetissemeit analogue. Il - Accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on prévoit sur les moitiés d'accouplement (51, 52), en vue d'un précentrage, une paire de surfaces de centrage (61, 62) avec un jeu important. 12 - Application d'un apcouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que cet accouplement sert à relier 'i' accouplement articulé (30) à une pièce de machine (33, 39) contiguë, apte à transmettre des couples, de-préférence dans un arbre articulé.