Brevet FR2462611A1 — publié le 19810213

La présente invention se rapportegénéralement à des accouplements et plus particulièrement à des accouplements flexibles pour transmettre un couple entre un organe menant Met un organe mené. Un type d'accouplement flexible, souvent appelé accouplement à joint "Tracta", est utile pour joindre des organes rotatifs menant et mené, ayant des axes respectifs de rotation qui sont typiquement à un certain angle l'un par rapport à l'autre. En général, l'accouplement à joint Tracta comporte deux organes flottants intermédiaires reliés l'un à l'autre pour coupler d'une façon opérative un arbre menant à un arbre mené. Typiquement, chaque arbre est pourvu d'une fourche ou étrier extrême pouvant être reçu dans une gorge prévue dans un organe intermédiaire respectif, et l'un des organes intermédiaires comporte de plus une langue pouvant être reçue par une seconde gorge dans l'autre organe intermédiaire. Les fourches ou étriers sont typiquement maintenus dans les gorges respectives des organes intermédiaires et la langue de l'organe intermédiaire est maintenue à la seconde gorge de l'autre organe intermédiaire en montant les fourches ou étriers extrêmes des arbresetlesorganes intermédiaires les uns par rapport aux autres en relation assemblée dans un bottier externe scellé. L'accouplement à joint Tracta, fabriqué dans les années 1940,est particulièrement utile dans des trains à traction avant de véhicules automobiles. La structure générale de l'accouplement offre une construction robuste, et permet de recevoir des charges importantes de couple sur une large gamme d'angles de fonctionnement ("angle de fonctionnement" étant défini comme l'angle complémentaire de l'angle entre les axes de rotation des arbres menant et mené). Par exemple, un accouplement à joint Tracta selon l'art antérieur et commercialisé, qui a été fabriqué par New Process Gear of Syracuse, New York, est décrit comme pouvant fonctionner à tout angle de fonctionnement entre 20 et 450 avec des capacités de couple de 11,53 à 1729,75 cm kg. Cet accouplement à joint Tracta selon l'art antérieur est cependant relativement lourd du fait du bottier scellé l'entourant (1) qui supporte et maintient mécanique- ment les organes menant, mené et intermédiaires solidaires les uns des autres en relation assemblée de façon que les pièces soient forcées sur leur voie cinétique, et (2) qui contient le lubrifiant dessurfacesd'appui des pièces solidaires les unes des autres. Le lubrifiant doit toujours être prévu entre des surfaces d'appui, opposées afin d'empêcher une usure et une fatigue excessives. Même avec lubrification, de l'énergie est perdue par suite de pertesthermiquesdûes au frottement entre les surfacesd'appui. Par exemple, des coefficients typiques de frottement entre des surfaces lubrifiées d'appui métal-métal varient entre environ 0,08 et environ 0,30 (0,19 en moyenne). De tels coefficients de frottement relativement élevés sont directement proportionnels aux pertes d'énergie. Par ailleurs, du fait de la nature des surfaces d'appui, il.y aura typiquement une quantité importante de jeu avec un accouplement selonl'art antérieur chargé de façon inverse. La présente invention a pour objet général un accouplement perfectionné surmontant ou réduisant sensiblement les problèmes de l'accouplement selon l'art antérieur. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un accouplement à joint universel perfectionné du type Tracta qui (1) ne nécessite pas de lubrification, (2) réduit ou élimine sensiblement les pertes de chaleur aux surfaces d'appui,conservant ainsi l'énergie, (3)est pourvu de surfacesperfectionnéesd'appui pouvant supporter des niveaux maximum supérieurs d'efforts à la compression tout en permettant un mouvement relatif (4) est pourvude surfacesperfectionnéesd'appui pouvant produire des forces élastiques de restauration résultant d'un défaut d'alignement angulaire et/ou axial par rapport à la position neutre (cette dernièreposition étant définie par la position des organes menant et mené autour deleiur propre position axiale à l'angle opératif (5) est sensiblement plus léger par l'élimination du bottier, et (6) a un jeu à peu près nul dé à des charges inverses. Ces objets et d'autres encore de la présente invention sont atteints par un accouplement perfectionné du type comprenant un organe menant rotatif autour d'un premier axe; un organe mené rotatif autour d'un second axe; et deux organes intermédiaires pour coupler opérativement les organes menant et mené. Selon l'invention, des moyens formant paliersou d'appui en élastomère sont disposés entre chaque groupe de surfaces mutuellement opposées des organes menant, mené et intermédiaires sous compression quand un couple est appliqué à l'organe menant autour du premier axe, et sont en engagement avec elles. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée du mode de réalisation préféré de la présente invention; - la figure 2 est une vue axiale de dessus du mode de réalisation préféré, partiellement en coupe; et - la figure 3 est une vue axiale latérale du mode de réalisation préféré, partiellement en coupe. En se référant aux dessins, le mode de réalisation préféré de l'accouplement est généralement indiqué en 10. L'accouplement préféré comprend des organes sensiblement identiques menant et mené, sous forme d'arbres 12 et 14, et deux organes intermédiaires 16 et 18. Chaque arbre 12 et 14 est monté par un moyen approprié, comme des paliers de rotation (non représentés), de façon à pouvoir tourner autour d'axes respectifsde rotation et 22, disposés à un angle prédéterminé de fonctionne- ment comme cela est représenté. Chaque arbre peut être pourvu d'une surface d'appui ou de palier de poussée ou radiale 24 adaptée à un engagement avec de tels paliers. Une extrémité de chacun des arbres 12 et 14 est pourvue d'un étrier ou fourche 26 pour engagement et accouplement respectif avec les organes intermédiaires 16 et 18. Chaque étrier ou fourche 26 comporte deux bossages 27, chacun étant prévu afin de former une surface de forme sensiblement cylindrique et arquée 28 entre eux, montée par rapport aux organes intermédiaires correspondants16 et 18 afin d'avoir un axe axialement central 30 de pivotement (que l'on peut voir sur les figures 2 et 3). Les bossages 27 sont également prévus afin de former des surfaces parallèles et sensiblement plates d'appui 32 et 34 sur des côtés opposés de chaque fourche, chaque surface 32 et 34 se trouvant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe correspondant de pivotement 30. Quand l'accouplement 10 est assemblé, les deux axes 30 sont disposés parallèlement l'un à l'autre et les surfaces 32 des arbres 12 et 14 sont coplanaires et les surfaces 34 des arbres 12 et 14 sont coplanaires. Les organes intermédiaires préférés sont formés de façon qu'un fonctionne comme un organe d'accouplement femelle ou à gorge (indiqué en 16), l'autre fonctionnant comme un organe d'accouplement mâle ou joint à langue et gorge (indiqué en 18). Chaque organe intermédiaire 16 et 18 comprend une gorge 36 pouvant recevoir la fourche 26 de l'arbre respectif 12 ou 14. Chaque gorge 36 définit une surface arquée et sensiblement cylindrique 38 pouvant correspondre à peu près à la surface cylindri- que 28 de l'étrier ou fourche correspondant 26 afin de permettre au moins un mouvement pivotant relatif limité entre l'organe intermédiaire et la fourche respective 26 autour de l'axe correspondant 30 comme on le comprendra mieux à la lecture de la description quisuit. Par ailleurs, les surfaces de parois latérales opposées 40 et 42 de chaque gorge 36 sont généralement plates et parallèles, et s'opposent respectivement en relation mutuellement face à face aux surfaces 32 et 34 de la 24 52611 fourche correspondante 26 afin de former des surfaces d'appui qui supportent des charges de compression quand un couple est appliqué à l'arbre menant autour de son axe respectif de rotation. Les organes intermédiaires 16 et 18 comprennent de plus un agencement à langue et gorge pour relier opérativement ces deux organes. Plus particulièrement, l'organe intermédiaire mêle 18 comporte une langue 44 ayant un bord externe périphérique sensiblement cylindrique 46 qui définit avec l'organe intermédiaire 16 un axe central de pivotement 48. La langue 44 est fendue en 50 afin de former deux sections et elle comporte de plus des surfaces opposées et sensiblement plates 52 et 54 sur les sections. Les surfaces 52 et54 s'étendent parallè- lement l'une à l'autre et se trouvent dans des plans qui sont perpendiculaires aux plans définis par les surfaces 40 et 42 de la gorge 36 de l'organe 18. L'organe intermédiaire femelle 16 comporte une seconde gorge 55 dimensionnée pour recevoir la langue 44 de l'organe 18. Plus particulièrement, la seconde gorge 55 est définie par une paroi arquée et sensiblement cylindrique 56 pouvant correspondresensiblement au bout externe 46 de la langue 44 de l'organe intermédiaire 18 afin de permettre au moins un mouvement pivotant relatif et limité autour de l'axe 48 du fait du mouvement de cisaillement autour de cet axe comme cela deviendra plus évident ci-après. Les surfaces de parois latérales opposées 58 et 60 sont généralement plates et parallèles, et s'opposent en relation mutuellement face à face aux surfaces latérales plates respectives 52 et 54 de la langue 44 afin de former des surfaces d'appui supportant des charges de compression quand un couple est appliqué à l'arbre menant autour de son axede rotation. Les parois latérales 58 et 60 se trouvent dans desplans sensiblement perpendiculaires auxplans définis par les surfaces d'appui 40 et 42 de la gorge36 de l'organe intermédiaire femelle 16. Pour ce qui a été décrit, la structure ci-dessus est semblable à la structure trouvée dans un accouplement à joint Tracta selon l'art antérieur, comme le "modèle 90" qui a été fabriqué par New Process Gear of Syracuse, New York, comme composant pour le véhicule Cargo M-37 de 3/4 tonne. En plus de la structure ci-dessus décrite, tout l'accouplement est monté dans une enceinte scellée appropriée (non représentée) o il est supporté-, et qui est typiquement remplie d'un lubrifiant pour maintenir les surfaces d'appui qui supportent une charge de compression et sont en engagement de frottement et se déplacent les unes par rapport aux autres en réponse au cisaillement quand un couple est appliqué à l'arbre menant autour de son axe de rotation. Cependant, cette structure selon l'art antérieur présente plusieurs inconvénients. D'abord, les surfaces d'appui doivent être lubrifiées constamment lors d'une utilisation. Si une fuite se développe dans le bottier, les surfaces d'appui s'échauffent du fait du manque de lubrification avec pour résultat des pertes d'énergie et une usure prématurée de l'accouplement. Le boîtier ajoute considérablement au poids de l'ensemble de l'accouplement. Si l'un ou les deux arbres devient angulairement ou axialement mal aligné par rapport à la position neutre, il peut en résulter des chargesinégulières sur les surfaces d'appui, provoquant une plus ample usure prématurée de l'accouplement. Même avec lubrification, les surfaces d'appui métal contre métal qui sont mutuellement face à face sont limitées au niveau des efforts maximum de compression. Enfin, du fait des surfaces d'appui métal contre métal, il y a un certain jeu dû à une charge inverse. Ces inconvénients et d'autres encore qui seront évidents à ceux qui sont compétents en la matière, sont réduits ou surmontés en modifiantla structure ci-dessus selon la présente invention. Plus particulièrement, chaque fourche 26 des arbres 12 et 14 et la gorge correspondante 36 des organes intermédiaires 16 et 18, et la langue 44 et la gorge 24 62611 correspondante 55 sont dimensionnées de façon qu'un espace soit formé entre les surfaces mutuellement face à face d'appui, c'est-à-dire les surface d'appui qui supportent les charges de compression en réponse au couple appliqué à l'arbre menant autour de son axe de rotation. Selon la présente invention, l'accouplement 10 comprend de plus un moyen d'appui en élastomère qui est disposé dans chacun de ces espaces entre les surfaces mutuellement face à face associées à chaque espace et en engagement avec elles. Les moyens d'appui en élastomère sont de préférence des unités d'appui 62 en feuilletage à fort taux de compression. Ainsi, une unité 62 est disposée entre chacune des surfaces d'appui mutuellement face à face 32 et 40, 34 et 42, 52 et 58 et 54 et 60 des organes 12, 14, 16 et 18 et en engagement avec elles. Comme on peut le voir, deux unités 62 sont de préférence prévues entre chaque paire de surfaces mutuellement face à face, une pour chaque surface de bossage en extension 27 de la fourche et pour chaque surface plate dessectioosde la langue 44. On notera cependant qu'une seule unité peut être utilisée entre chaque paire de surfacesmutuellement face à face avec la totalité des surfaces latérales des fourches 26 et de la langue 44 fixées à l'unité. Chaque unité comprend généralement des couches alternées 63 et 65, respectivement en un élastomère élastique tel que du caoutchouc ou certaines matières plastiques et une matière non extensible comme un métal, les couches plus interne et plus externe étant de préférence en matériau élastique. Les couches sont collées ensemble, par exemple, par un ciment approprié, les couches plus interne et plus externe étant respective- ment en engagement (par exemple par collage ou compression de l'unité ou ajustement à force) avec les surfaces d'appui adjacentes mutuellement face à face. En utilisant de telles unités d'appui en élastomère, les vibrations non souhaitables peuvent être au moins partiellement amorties et les bruits, ainsi que l'usure et les contrain- tes induites par les vibrations sont réduits. Par ailleurs, il y a conservation de l'énergie car peu ou pas de chaleur est produite entre les surfaces d'appui. Par ailleurs, du fait de l'élasticité de l'élastomère, ces unités d'appui provoquent des forces de restauration agissant contre un mouvement relatif de cisaillement entre les deux surfaces mutuellement face à face, qui existe quand un défaut axial ou angulaire d'alignement est appliqué à l'arbre menant. La dimension, l'épaisseur et le nombre des couches de chaque unité 62 ainsi que le duromètre de l'élastomère dépendent destaux de contrainte de compression particuliers auxquels on peut s'attendreede la quantité de défaut d'alignement de l'accouplement (c'est-à-dire soit défaut d'alignement angulaire ou axial de chaque arbre 12 ou 14 par rapport à sa position neutre ou opérative). Selon la présente invention, desunités 62 disposées façe à face (c'est-à- dire les unités entre les surfaces 32 de la fourche 26 de l'arbre 12 et les surfaces 40 de l'organe intermédiaire 16 face aux unités entre les surfaces 34 de la fourche 26 de l'arbre 12 et la surface 42 de l'organe 16, les unités entre la surface 52 de la langue 44 et la surface 58 del'organe intermédiaire 16 face. aux unités entre la surface 54 de la langue 44 et la surface 60 de l'organe 16, et les unités entre la surface 32 de la fourche 26 de l'arbrel4 et la surface 40 de l'organe intermédidre 18 face. aux unités entre la surface 34 de la fourche 26 de l'arbre 14 et la surface 42 de l'organe 18) sont pourvues à peu près d'un même taux d'élasticité à la torsion (c'est-à-dire le taux d'élasticité déterminé en fonction de chargesde compression sur chaque unité). De préférence, toutes les unités d'appui 62 sont pourvues de taux d'élasticité à la torsionsensiblement identiques, afin qu'une charge de compression sensiblement égale en réponse à un couple appliqué autour de l'un des axes de rotation des arbres 12 et 14, soit supportée par toutes les unités d'appui pour que les organes intermé- diaires 16 et 18 "flottent", c'est-à-dire que les surfaces 32, 40, 34, 42, 52, 58, 54 et 60 se déplacent par cisail- saillement (c'est-à-dire parallèlement au plan de la surface) en réponse à un défaut d'alignement axial ou un déplacement des axes de rotation 16 et 18. Par ailleurs, les taux d'élasticité angulaires (c'est-à-dire un taux d'élasticité en fonction des forces de cisaillement, c'est-à-dire les forces appliquées parallèlement au plan de la surface) d'unités d'appui 62 face à face sont sensiblement égaux. De préférence, toutesles unités d'appui sont faites avec sensiblement les mêmes taux d'élasticité en torsion et angulaire. Cette caractéristique permet à l'accouplement de fonctionner comme un accouplement homocinétique ainsi quand un couple est appliqué à un arbre 12 ou 14 à une vitesse constante, le couple est transmis par l'accouple- ment, forçant l'autre arbre à tourner à cette vitesse, que les axes 12 et 14 soient alignés ou angulairement mal alignés. En particulier, comme accouplement homociné- tique, les arbres 12, 14 et l'organe intermédiaire sont tous montés en position neutreainsi les axes 20, 22 et 48 se coupent tous en un seul point 64, l'axe 48 coupent en deux l'angle formé par les axes 20 et 22. L'axe 48 restera la bisectrice de l'angle formé par les axes 20 et 22 que l'un ou les deux arbres 12 et 14 soient angulairément mal alignés par rapport à la position neutre ou non. Afin de maintenir les organes formant arbres12 et 14 autour des axes respectifs 30 et les organes intermédiaires 16 et 18 autour de l'axe central 48, des couches en élastomère 66 peuvent être disposées et fixées, par collage ou autre moyen approprié, entre chacune des surfaces de forme cylindrique en face à face qui sont formées par chaque surface cylindrique 28 des fourches 26 et les surfaces correspondantes 38 des organes intermédiaires, et les surfaces en vis-à-vis formées par le bord 46 de la langue 44 et la paroi cylindrique 56 de l'organe intermédiaire 16. La présente invention décrite ici présente de nombreux avantages par rapport à un accouplement selon 2Ai52611 l'art antérieur. D'une part, en utilisant des paliers feuilletés en élastomère à fort taux de compression, les charges de compression pouvant être supportées par ces paliers peuvent être accrues. Par exemple, la charge de compression supportée par les unités d'appui 62 peut être accrue de quatre fois en comparaison aux charges supportées par des surfaces d'appui métal contre métal selon l'art antérieur. Les surfaces d'appui ne doivent pas être lubrifiées, l'usure mécanique est sensiblement éliminéeet l'énergie est conservée. Les pertes d'énergie, dûes à des effets d'hystérésis dans l'élastomère entre les surfaces d'appui, sont typiquement bien en dessous de celles des surfaces d'appui lubrifiées métal contre métal selon l'art antérieur. -Le facteur de perte (indication de l'amortissement ou de la dissipation d'énergie) pour l'élastomère des paliers feuilletés ou surfaces d'appui est de l'ordre de 0,04>bien en dessous de celui des surfaces d'appui métal contre métal selon l'art antérieur. Du fait de la nature d'élastomère des paliers, des vibrations non souhaitables peuvent être au moins partiellement amorties et les bruits, ainsi que l'usure et-les contraintes induites par les vibrations peuvent être réduits. L'élastomère produit des forces de restauration d'un mauvais alignement et est capable de permettre un défaut d'alignement angulaire et axial sous forme de mouvements de cisaillement résultant du défaut d'alignement. Par ailleurs, en formant les unités 62 de façon qu'elles aient des taux d'élasti- cité angulaire sensiblement égaux, on peut former un accouplement homocinétique. L'accouplement 10 ne nécessite ni lubrifiant ni récipient du fait de la nature de l'élastomère et ne nécessite pas non plus un boîtier d'enceinte normalement employé dans l'art antérieur, ce qui réduit le poids total de l'accouplement. Enfin, les uritésenélastomère permettent à l'accouplement 10 d'avoir un jeu sensiblement nul par rapport à des charges inverses. 1 1 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 sonesprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Accouplement flexible du type comprenantun organe menant rotatif autour d'un premier axe, un organe mené rotatif autour d'un second axe; et deux organes intermédiaires pour relier ledit organe menant audit organe mené; ledit organe menant et ledit organe mené comprenant chacun un moyen définissant une première paire de surfaces espacées d'appui, lesdits organes intermé- diaires comprenant un moyen pour opérativement relier ledit organe menant audit organe mené; chacun desdits organes intermédiaires comprenant un moyen définissant une seconde paire de surfaces espacées d'appui et un moyen définissant une troisième paire de surfaces espacées d'appui, chaque première paire de surfaces d'appui étant associée à une seconde paire de surfaces d'appui afin que chaque surface d'appui d'une première paire soit disposée en relation mutuellement face à face et opposée à une surface d'appui respective d'une seconde paire, la troisième paire de surfaces d'appui de l'un desdits organes intermédiaires étant associé à la troisiè- me paire de surfaces d'appui de l'autre desdits organes intermédiaires afin que chaque surface d'appui d'une troisième paire soit disposée en relation mutuellement face à face et opposée à une surface d'appui respective de l'autre troisième paire, toutes lesdites surfaces d'appui étant sous compression quand un couple est appliqué audit organe menant autour du premier axe, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'appui en élastomère (62) pour relier (1) chacune des surfaces d'appui (32, 34) de la première paire de l'organe menant (12) à une surface d'appui différente (40, 42) de la seconde paire de l'un des organes intermédiaires (16), (2) chaque surface d'appui (32, 34) de la première paire de l'organe mené (14) a une surface d'appui différente (40, 42) de la seconde paire de l'autre (18) des organes intermédiaires, et (3) chaque surface d'appui (52, 54) 24 62611 d'une troisième paire de l'un des organes intermédiaires (16) a une surface d'appui différente (58, 60) de la troisième paire de l'autre des organes d'appui. 2. Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'appui précités comprennent un certain nombre d'unités en élastomèrechacune étant disposée entre et en engagement avec des surfaces d'appui correspondantes disposées face à face. 3. Accouplement selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque unité d'appui précitée se compose d'un certain nombre de couches alternées en matériaux élastique (63) e non extensible (65). 4. Accouplement selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des unités est orientée de façon que les couches de chaque unité soient sous Compression quand un couple est appliqué à l'organe menant autour du premier axe (20). 5. Accouplement selon la revendication 4, caractérisé en ce que les taux d'élasticité en torsion des unités d'appui précitées sont tels que les organes intermédiaires flottent entre les organes menant et mené quand un couple est appliqué à l'organe menant autour du premier axe. 6. Accouplement selon la revendication 4, caractérisé en ce que les taux d'élasticité en torsion de toutes les unités d'appui sont sensiblement égaux. 7. Accouplement selon la revendication 4, caractérisé en ce que les taux d'élasticité angulaire des unités d'appui précitées sont tous sensiblement égaux. 8. Accouplement selon la revendication 7, caractérisé en ce que toutes les unités d'appui précitées sont pourvues de taux d'élasticité en torsion sensiblement égaux. 9. Accouplement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il peut servir d'accouplement homocinétique. 10. Accouplement selonja revendication 2, caractérisé en ce que le premier axe (20) et le second axe (22) sont orientés à un angle prédéterminé et en ce que les organes intermédiaires précités sont montés pour pivoter autour d'un axe prédéterminé quand un couple est appliqué à l'organe menant autour du premier axe, et en ce que lespremier et second axes coup.ent l'axe prédéterminé sensiblement au même point (64). 11. Accouplement selon la revendication 10, caractérisé en ce que les taux d'élasticité en torsion-des unités sont sensiblement égaux et en ce que les taux d'élasticité angulaire des unités sont sensiblement égaux, ainsi ledit accouplement peut servir d'accouplement homocinétique.