Brevet FR2413580A1 — publié le 19790727

La présente invention a pour objet un système d'embrayage pour l'accouplement et le désaccouplement d'un premier et d'un deuxième élément tournant; du type comprenant un premier élément d'accoupiement muni de dents et solidaire du premier élément tournant, un deuxième élément d'accouplement solidaire du deuxième élément tournant coopérant avec des éléments de liaison susceptibles d'assurer une solidarisation entre les dents du premier élément d'accouplement et le deuxième élément d'accouplement en position d'embrayage. l'a présente invention se rapporte aux systèmes d'embrayage applicables notamment aux machines outils, telles que des fraiseuses par exemple. - Parmi les systèmes d'embrayage connus, les plus simples comprennent une paire de manchons ou crabots à denture frontale ou à denture droite. pans chacun des cas, l'un des pignons est fixe axialement tandis que l'autre pignon peut coulisser parallèlement à son axe pour permettre l'enclenchement ou de désaccouplement des deux pignons d'embrayage. De tels systèmes présentent à côté d'une simplicité de construction plusieurs inconvénients. Ainsi, lors de l'engrènement à grande vitesse, le bruit et l'usure des dents ne sont pas négligeables, et ces inconvénients ne peuvent être éliminés qu'au prix d'un mode de construction beaucoup plus onéreux mettant en oeuvre des éléments supplémentaires de synchronisation. En outre, les embrayages à denture frontale ou pignon baladeur présentent le risque de ne pas permettre un enclenchement à vitesse nulle, dans le cas où des dents se trouvent en face les unes des autres. Par ailleurs, l'effort extérieur nécessaire pour permettre l'enclenchement ainsi que l'effort nécessaire pour le débrayage sont élevés du fait même de la pente que presentent les dents des crabots.Ainsi, pour le débrayage par exemple, l'effort dû à la forme des dents a tendance à incliner le crabot sur son axe, dans la limite du jeu fonctionnel nécessaire à son coulissement, d'où l'apparition d'un coincement. Une automatisation de la commande d'un tel système d'embrayage s'avare très onéreuse puisque la force extérieure nécessaire est très importante. On connaît encore des embrayages a disques, dont la commande peut être pneumatique, hydraulique ou électromécanique. De tels embrayages présentent des dimensions toujours relativement importantes. Ainsi, lorsque l'on veut implanter deux embrayages sur deux lignes d'une channe cinématique proches l'une de l'autre, il est nécessaire de rajouter une ligne d'arbre intermédiaire ou de décaler les deux embrayages, ce qui implique notamment les inconvénients suivants augmentation de prix, augmentation des dimensions du boitier qui reçoit des embrayages complication de la conception cinématique. En outre, avec des embrayages à disques, il convient de prendre de nombreuses précautions lorsque l'on travaille en bain d'huile.Par ailleurs, dans le cas d'une commande électromagnétique, il faut obligatoirement prévoir un contact tournant tandis que dans le cas d'une commande-pneumatique ou hydraulique, il convient de mettre en oeuvre un joint tournant. I1 existe encore des embrayages à denture commandés pneumatiquement, hydrauliquement ou électromécaniquement. De tels embrayages, qui présentent certes des dimensions un peu réduites par rapport aux embrayages à disques, restent encombrants et présentent les mêmes inconvénients que les embrayages à disques. De plus, les dentures frontales ont tendance à écarter les deux mâchoires en prise l'une avec l'autre. La possibilité de surcouple, même momentanément, reste ainsi très limitée et il se présente le risque du phénomene classique de "claquementde dents". Enfin, l'entre-dent entre partie entraînante et partie entraînée doit être réglée très précisément, en général au dixième de millimètre près, ce qui augmente le cotit de fabrication.D'une manière générale, les embrayages à disque et à denture comportent de nombreuses pièces et sont, de ce fait, relativement onéreux. La présente invention a précisément pour but de remédier aux inconvénients précités, et de réaliser un système d'embrayage qui soit notamment de conception simple, comporte un petit nombre de pièces facilement réalisables sur des machines classiques, et présente des dimensions réduites, tout en nécessitant une faible énergie d'actionnement et en assurant un embrayage progressif et doux, avec une usure et un bruit minimum. Ces buts sont atteints grâce à un système d'embrayage du type mentionné au début dans lequel, conformément à l'invention, les éléments de liaison sont constitués par des éléments de roulement et l'embrayage comporte en outre au moins une pièce mobile supplémentaire de positionnement capable de maintenir dans une première position les éléments de roulement en prise avec les dents du premier élément d'accouplement et le deuxième élément d'accouplement, et de retenir dans une deuxième position les éléments de roulement en contact avec le seul deuxième élément d'accouplement. Ainsi, l'embrayage selon l'invention, dont la conception est simple, peut prendre place sur le site prévu pour des systèmes classiques tels que crabots, pignons baladeurs, sans imposer la mise en oeuvre d'une ligne d'arbre supplémentaire, et permet d'assurer un embrayage progressif et doux, donc avec un bruit et une usure réduites, contrairement aux systèmes classiques a dents. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le premier élément d'accouplement comprend un pignon cylindrique a denture droite et le deuxième élément d'accouplement est engagé au moins partiellement, avec jeu, sur la partie du premier élément d'accouplement munie de dents, et possède, dans sa partie située en regard des dents du premier élément d'accouplement une pluralité d'orifices capables de recevoir chacun un élément de roulement. Selon une caractéristique particulière de l'invention, ladite pièce mobile supplémentaire de positionnement est munie d'une surface inclinée par rapport à l'axe des premier et deuxième éléments d'accouplement, dans la partie située en regard des éléments de roulement. De préférence,le premier élément d'accouplement comprend une partie formant butée pour la pièce mobile supplémentaire de positionnement. Conformément à une variante de réalisation ladite pièce mobile supplémentaire de positionnement est constituée par une bague montée flottante axialement et radialement à l'intérieur d'un manchon coulissant axialement sur le deuxième élément d'accouplement. Selon ce mode de réalisation, le premier élément d'accouplement comprend une partie formant butée pour le manchon coulissant axialement sur le deuxième élément d'accouplement et ledit manchon coulissant forme lui même une butée axiale pour l'extrémité de la bague flottante qui est opposée au premier élément d'accouplement. La présence d'une bague indépendante permet notamment de réduire la précision d'usinage exigée et par suite de limiter le colt de production. D'autres particularités et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui fait suite d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple, en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un embrayage selon l'invention, -- la figure 2 est une vue éclatée, partiellement en coupe axiale, des éléments constitutifs de l'embrayage de la figure 1. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit un arbre 1 solidaire d'un premier élément d'accouplement ou crabot 3, qui transmet un mouvement d'entraînement à un arbre 2 par l'intermédiaire d'un second élément d'accouplement 4 solidaire de l'arbre 2 et d'éléments 5,6 dont la position réglable par rapport au manchon 4, permet à volonté d'assurer ou non une liaison d'entraînement entre les éléments 3 et 4. Naturellement, dans un système du type représenté sur la figure 1, l'arbre 2 pourrait être moteur. Le crabot 3 constituerait alors l'élément récepteur capable de transmettre le mouvement de l'arbre2 et de l'élément d'accouplement 4 à un arbre tel que 1. Le crabot 3 est muni d'une denture droite 31. Les dents 31 sont-ainsi réparties régulièrement, parallèlement à l'axe du crabot 3, sur la surface cylindrique périphérique de ce dernier, à la manière d'un pignon cylindrique classique. Le crabot 3 présente en outre une portion de plus grand diamètre 32, non munie de dents, qui présente une face frontale 33 perpendiculaire à l'axe du manchon 3 et destinée à servir de butée pour l'ensemble mobile 5. Le deuxième élément d'accouplement 4 comprend une partie d'extrémité 41 dont le diamètre interne est supérieur au diamètre exteriie de la portion dentée 31 du premier élément d'accouplement 3. La partie d'extrémité 41 est engagée, avec jeu, sur la portion dentée 31 du manchon 3. La partie d'extrémité 41 constitue une couronne dans laquelle sont ménagés plusieurs orifices 42 régulièrement répartis sur tout le pourtour de ladite couronne (figure 2).Les orifices 42 sont prévus pour recevoir chacun une bille 6, ou tout autre élément de roulement approprié tel qu'un rouleau ou une aiguille, En l'absence de tout moyen de retenue des éléments de roulement 6 à leur partie supérieure, la rotation de l'un ou l'autre des éléments d'accouplement 3 et 4 provoque le soulèvement des éléments de roulement 6 à l'intérieur des logements 42, de sorte que les manchons 3 et 4 ne sont pas en prise l'un avec l'autre. Lorsqu'au contraire, comme dans la position représentée sur la figure 1, les billes 6 sont maintenues engagées non seulement dans les logements 42 mais encore en prise avec les dents 31 du pignon 3, à l'aide d'un ensemble de pièces 5, le mouvement de rotation de l'un des éléments d'accouplement 3,4 est transmis à l'autre élément 4,3. Comme on-peut le voir sur les figures 1 et 2, les moyens 5 de commande du positionnement des billes ou éléments de'liaison 6 entre les éléments de transsission 3 et 4 comprennent un ensemble de deux pièces mobiles 50,51 capables de coulisser sur le deuxième élément d'accouplement 4 sous l'action d'une force extérieure de commande transmise par exemple par un levier mécanique, un piston hydraulique, ou un electro-aimant. La pièce extérieure 50 constitue un manchon coaxial à l'élément d'accouplement 4 et comporte une partie arrière 52 sur laquelle peut notamment agir la force extérieure de commande, ainsi qu'une partie avant 53 de diamètre interne plus important de manière à constituer un logement capable de recevoir la deuxième pièce 51 de l'ensemble mobile 5. La pièce 1 se présente sous la forme d'une bague ayant une face interne 54 qui, dans au moins la partie 55 située en regard des billes 6, définit un diamètre interne de bague qui est variable le long d'une génératrice. Ainsi, par déplacement axial des pièces 50,51, les billes situées à l'intérieur de la bague 51, montée flottante dans la partie avant 54 du manchon 50, sont maintenues plus ou moins enfoncées dans les logements 42, et peuvent passer progressivement, sans-à-coup, d'une position de coincement entre les dents 31 et la face 54 de la bague 51 à une position libre, dans laquelle les billes 6 repoussées radialement par les dents 31 du crabot 3 peuvent s'engager plus avant à l'intérieur des logements 42.Le passage des billes 6 d'une position non contraignante (débrayage) à une position d'élément de liaison entre les dents 31 et le manchon 4 (embrayage) s'effectue de la même manière progressivement par un déplacement axial du manchon coulissant 50 en sens inverse. I1 est naturellement nécessaire que la force extérieure de commande reste agissante en permanence sur l'ensemble mobile 5 pour maintenir ce dernier en position d'embrayage ou de débrayage. I1 est toutefois a noter que l'énergie nécessaire à l'embrayage ou au débrayage est très faible.L'ensemble mobile 5 peut être actionné par exemple à l'aide de fourchettes, classiques, non représentées , elles-mêmes commandées par un système mécanique tel que bielettes, cames... Du fait que la force d'embrayage/débrayage agit sur l'ensemble mobile 5 c'est-à-dire à l'extérieur des éléments d'accouplement 3,4 coopérant avec des éléments de liaison 6, il existe une possibilité de multiplication mécanique de la force nécessaire "par utilisation de bras de leviers). En outre, le réglage de la force extérieure de commande peut lui-même être fait à l'extérieur de l'embrayage proprement dit 3,4,6 et se trouve donc facilité. Le réglage est d'ailleurs minimum, contrairement au cas des embrayages à denture. Enfin, le système objet de l'invention élimine l'utilisation de joints tournants ou contacts tournants. Un embrayage du type représenté sur les figures 1 et 2 peut fonctionner en milieu lubrifié, ou sec, ou encore en bain d'huile. Les diverses pièces constitutives représentées sur la figure 2 (pignon crabot 3, deuxième élément d'accouplement porte-billes 4, manchon coulissant 50, bague flottante 51) sont peu nombreuses et facilement réalisables sur des machines classiques. En particulier, grâce notamment à la mise en oeuvre d'une bague 51, flottante axialement et radialement à l'inte- rieur du manchon 50, l'usinage n'exige pas une trop grande précision. On notera que l'encombrement de l'embrayage décrit est réduit. En effet, le diamètre extérieur total D ne comprend, en plus du diamètre de l'élément d'accouplement 4, que l'épaisseur de l'ensemble mobile en forme de manchon 5. L'encombrement axial (épaisseur minimum e) est liée à la longueur des dents 41 et à la course minimum de l'ensemble mobile 5, qui peut être de l'ordre de grandeur du diamètre des billes 6. Cet encombrement axial reste ainsi dans tous les cas particulièrement réduit. D'une façon générale, lorsqu'une opération d'embrayage doit être effectuée, une force extérieure de commande qui peut entre produite par tout moyen connu tel que levier, piston, électro-aimant,.. est appliquée directement ou indirectement sur le manchon 50 de manière à pousser ce dernier axialement vers la gauche (compte tenu du sens de la pente de la surface 55 de la bague 51). Lors du déplacement du manchon 50, la bague 51 disposée dans la partie 53 formant logement est entraînée également vers la gauche en direction du crabot 3. La pièce d'accouplement 4 reste elle-même engagée en permanence sur le pignon 31 du crabot 3 de sorte que les logements 42 et les billes soient superposés aux dents 31.Du fait de l'inclinaison de la surface 55, lors du déplacement axial de la bague 51, les billes 6 sont enfoncées dans les logements 42 jusqu'à venir en position de coincement entre les dents 31 du crabot 3 et la surface 55 de la bague 51. Les billes 6 ne peuvent alors plus s'échapper des dents 31 de sorte qu'un engrènement positif est effectué entre les deux éléments d'accouplement 3 et 4. Bien entendu, pendant toute la transmission du mouvement la force extérieure de commande doit continuer de s'exercer sur l'ensemble mobile 5 pour maintenir ce dernier dans la position de travail représentée sur la figure 1. Le déclenchement ou débrayage s'opère de fanon exactement inverse de l'embrayage. La force extérieure agit en sens inverse pour ramener le manchon coulissant 50 vers la droite. Sous l'action des forces radiales exercées par les billes 6, la cage 51 est repoussée également vers la droite et reste à l'intérieur de la partie 53 du manchon 50, Les billes 6 ne sont plus alors coincées sur les dents 31 et peuvent remonter dans les logements 42. Les billes 6 qui retombent par intermittence sur les dents 31 sont aussitôt repoussées radialement vers l'extérieur sous l'influence des dents 31 du crabot 3 en rotation. L'accouplement entre les éléments 3 et 4 n'est plus alors effectué et le mouvement de rotation du crabot 3 n'est plus transmis à l'arbre 2. Naturellement, le même processus est valable si l'arbre 2 est moteur et le crabot 3 récepteur En position de débrayage, c'est alors l'élément d'accouplement 4 qui continue de tourner, tandis que les billes 6 ne transmettent plus de mouvement au crabot 3. Bien entendu diverses modifications et adjonctions peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit, à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de protection de l'invention. Ainsi, le profil de la surface de guidage 55 agissant sur les billes 6 peut présenter des configurations variées selon les applications envisagées et le caractère plus ou moins progressif souhaité pour l'embrayage ou le débrayage. REVENDICATIONS 1. Embrayage pour l'accouplement et le désaccouplement d'un premier et d'un deuxième éléments tournants, du type comprenant un premier élément d'accouplement muni de dents et solidaire du premier élément tournant, un deuxième élément d'accouplement solidaire du deuxième élément tournant coopérant avec des éléments de liaison susceptibles d'assurer une solidarisation entre les dents du premier élément d'accouplement et le deuxième élément d'accouplement en position d'embrayage, caractérisé en ce que les éléments de liaison sont constitués par des éléments de roulement et en ce que l'embrayage comporte en outre au moins une pièce mobile supplémentaire de positionnement capable de maintenir dans une première position les éléments de roulement en prise avec les dents du premier élément d'accouplement et le deuxième élement d'accouplement et de retenir dans une deuxième position les éléments de roulement en contact avec le seul deuxième élément d'accouplement. 2. Embrayage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément d'accouplement comprend un pignon cylindrique à denture droite. 3. Embrayage selon la revendicaticnl ou la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième élément d'accouplement est engagé, au moins partiellement, avec jeu, sur la partie du premier élément d'accouplement munie de dents, et possède, dans sa partie située en regard des dents du premier élément d'accouplement, une pluralité d'orifices capables de recevoir chacun un élément de roulement. 4. Embrayage selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que ladite pièce mobile supplémentaire de positionnement est munie d'une surface inclinée par rapport à l'axe des premier et deuxième éléments d'accouplement, dans la partie située en regard des éléments de roulement. 5. Embrayage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite pièce mobile supplémentaire de positionnement est constituée par une bague montée flottante axialement et radialement à l'intérieur d'un manchon coulissant axialement sur le deuxième élément d'accouplement. 6. Embrayage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérise en ce que le premier élément d'accouplement comprend une partie formant butée pour la pièce mobile supplémentaire de positionnement. 7. Embrayage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier elément d'accouplement comprend une partie formant butée pour le manchon coulissant axialement sur le deuxième élément d'accouplement et en ce que ledit manchon coulissant forme lui-même une butée axiale pour l'extrémité de la bague flottante qui est opposée au premier élément d'accouplement.