Brevet FR2482224A1 — publié le 19811113

L'invention concerne un dispositif limiteur de couple pour deux éléments structuraux pouvant tourner relativement sur une surface d'appui conique commune et à la circonférence desquels sont répartis plusieurs goujons de rupture coopérant entre eux, les éléments structuraux étant mobiles axialement l'un par rapport à l'autre dans une mesure réduite et étant sollicités l'un vers l'autre par une précharge axiale dans le sens d'un contact par toute la surface d'appui conique commune. On connaît déjà, par le FR - A - No 1 329 624, un dispositif dans lequel l'un des deux éléments structuraux est en position fixe et forme, par exemple, le stator d'un géné- rateur électrique, tandis que l'autre élément structural est disposé sur le palier d'un arbre d'un seul tenant, par exemple l'arbre du générateur. L'élément structural disposé sur l'arbre du générateur est sollicité par une précharge en direction du stator par un groupe de cliquets de blocage répartis à la cir- conférence du stator et soumis à une précharge radiale vers l'intérieur, dans le sens d'un contact par toute la surface d'appui conique commune. Grâce à cela, les goujons de rupture disposés entre les deux éléments structuraux ne sont pas sou- mis à des oscillations radiales entre les deux éléments struc- turaux, ce qui entraînerait déjà leur rupture, de façon indé- sirable, avant qU'un couple maximal prescrit ne soit atteint. Au contraire, en ce qui concerne les goujons de rupture, il se produit exclusivement une contrainte de cisaillement tangen- tiel. Dans le dispositif connu, un dépassement du couple maximal peut se produire lorsque le palier d'arbre sur lequel est monté l'un des deux éléments structuraux se bloque. Si un tel cas de surcharge se produit, plusieurs organes de ré- glage hydrauliques répartis dans le stator à sa circonférence écartent axialement du stator l'élément structural monté sur l'arbre, de sorte qu'il se produit un jeu radial sur la surfa- ce d'appui conique commune et simultanément, l'élément struc- tural monté sur l'arbre est amené en coopération, par une deuxième surface conique, avec une deuxième surface conique du stator, ce qui fait qu'à la place du palier bloqué ou dé- truit, un deuxième palier de redonance est mis en service. La commutation du palier détruit au palier de redonance s'effectue au cours d'un seul tour de l'arbre, par actionne- ment d'un commutateur électromagnétique. L'ensemble de la dis- position exige des dimensions axiales relativement grandes en comparaison du diamètre. Par le brevet US 4 186 570, on connaît un dispositif limiteur de couple à goujons de rupture incorporé à un accou- plement rigide d'arbres, qui comprend deux moitiés d'accouple- ment à peu près coaxiales disposées de façon solidaire eni rota- tion chacune sur un bout d'arbre correspondant. Sur la circon- férence des deux moitiés d'accouplement sont répartis plusieurs goujons de rupture qui sont serrés dans chacune des deux moitiés d'accouplement par des douilles coniques fendues. Ega- lement dans cette disposition, on évite l'application, aux goujons de rupture, de contraintes d'oscillation résultant des vibrations relatives des deux bouts d'arbre de sorte que les goujons de rupture sont soumis exclusivement à-des forces tan- gentielles de cisaillement. Dans le cas o les goujons de rupture répondent, ce qui signifie un cisaillement de tous les goujons de rupture, il faut retirer ceux-ci un par un des deux moitiés d'accouplement et mettre en place un nouveau jeu de goujons de rupture et les serrer soigneusement au moyen des douilles coniques fendues. Cela nécessite un temps appréciable. En outre, on risque aussi que des vis utilisées pour serrer les goujons de rupture ne se desserrent en service, ce qui diminuerait la sûreté de réponse au couple maximal prescrit. On connaît aussi des accouplements d'arbres élastiques en torsion qui comprennent deux moitiés d'accouplement à peu près coaxiales disposées de façon solidaire en rotation chacune sur un bout d'arbre correspondant. Chacune des moitiés d'accou- plement présente des saillies réparties sur sa circonférence et se dirigeant vers l'autre moitié d'accouplement. Entre les saillies sont disposés des ressorts tangentiels qui sont comprimés plus ou moins fortement selon le couple existant momentanément. Dans ce genre d'accouplements d'arbres élasti- ques en torsion, tels qu'ils sont utilisés, par exemple, entre des moteurs d'entraînement et les cylindres de laminoir pour acier, on ne connaît pas encore, jusqu'à présent, un dispositif supplémentaire pour la protection contre le dépassement d'un couple maximal prescrit. L'invention a pour but, en partant d'un accouplement d'arbres élastique en torsion comme celui dont on a parlé en dernier lieu, de fournir, en outre, un dispositif assurant la limitation à un couple maximal prescrit, qui augmente le moins possible les dimensions de l'accouplement d'arbres et qui, en outre, soit facilement accessible pour la réparation et l'entretien. On y parvient selon l'invention grâce au fait que, dans l'application à un accouplement d'arbres élastique en torsion, qui comprend deux moitiés d'accouplement à peu près coaxiale disposées de façon solidaire en rotation sur un bout d'arbre correspondant, l'une des moitiés d'accouplement est subdivisée et forme les deux éléments structuraux pouvant tourner relativement dont l'un est monté de façon solidaire en rotation sur le bout d'arbre adjoint à cette moitié d'accou- plement, tandis que l'autre se trouve en coopération élastique en torsion avec l'autre moitié d'accouplement, que la surface d'appui conique commune ou coussinet pénètre en rétrécissant dans l'espacement des deux moitiés d'accouplement, qu'à l'ex- trémité rétrécie les deux éléments structuraux forment des surfaces frontales annulaires approximativement alignées axia- lement et sur la surface frontale annulaire de l'un des éléments structuraux, qui est monté sur le bout d'arbre correspondant, est disposé un anneau axial de serrage recouvrant les deux surfaces frontales annulaires et présentant plusieurs éléments de fixation élastiques axialement, répartis sur la circonfé- rence, cet anneau s'appliquant avec précharge axiale contre la surface frontale annulaire de l'autre élément structural. Etant donné que dans un accouplement d'arbres élastique en torsion duquel part l'invention les deux moitiés d'accouple- ment sont obligatoirement espacées axialement l'une de l'autre pour loger des éléments de ressort disposés entre les deux moitiés d'accouplement et que selon l'invention la surface d'appui conique commune des deux éléments structuraux pouvant tourner relativement de l'une des moitiés d'accouplement pénètre dans cet espacement, on obtient un avantage particulier, à savoir que dans la plupart des accouplements d'arbres élasti- ques à la torsion de l'espèce mentionnée qui sont usuels, il n'est même pas nécessaire d'augmenter les dimensions axiales. L'anneau de serrage nécessaire selon l'invention pour appliquer entre les deux éléments structuraux une précharge axiale peut 4 2482224 également être fabriquée avec une très petite dimension axia- le, de sorte que l'anneau de serrage ne nécessite pas non plus d'augmentation des dimensions axiales de l'accouplement d'arbres. En outre, l'anneau axial de serrage est relativement facilement accessible pour la réparation et l'entretien. Re- lativement au brevet US 4 186 570 déjà cité, l'avantage obtenu est que dans un accouplement d'arbres selon l'invention, les goujons de rupture n'ont pas besoin d'être serrés aux deux éléments structuraux pouvant tourner relativement de l'une des moitiés d'accouplement mais qu'ils doivent plutôt présen- ter un certain jeu axial. Toutefois, on évite sûrement toute application, aux goujons de rupture, d'une contrainte d'oscil- lations due à des oscillations radiales des deux éléments structuraux pouvant tourner relativement de l'une des moitiés d'accouplement. Contrairement à l'accouplement d'arbres selon le brevet US 4 186 570, cet avantage est obtenu même lorsque les deux bouts d'arbre effectuent certaines oscilla- tions relatives car les éléments structuraux de l'accouplement d'arbres selon l'invention, accouplés entre eux par des goujons de rupturie, sont montés exclusivement sur l'un des bouts d'arbre. Un mode d'exécution est caractérisé en ce que l'anneau axial de serrage est fixé par plusieurs boulons filetés paral- lèles à l'axe, répartis sur la circonférence et entre la tête de chaque boulon et l'anneau de serrage est disposé un paquet de ressorts Belleville. L'avantage ainsi obtenu est la faci- lité de démontage, et en outre, l'usure de la surface d'appui conique commune des deux éléments structuraux pouvant tourner relativement est limitée. Contrairement au dispositif limi- teur de couple selon le FR - A - No 1 329 624 déjà cité, dans lequel, en cas de réponse c'est-à-dire de cisaillement des goujons de rupture, la surface d'appui conique commune des deux éléments structuraux se sépare immédiatement en l'espace d'un tour, dans un accouplement d'arbres selon l'invention il faut partir de ce principe que les deux éléments structuraux pouvant tourner relativement tournent relativement un certain temps après le cisaillement des goujons de rupture, ce qui peut conduire à une usure correspondante de la surface d'appui conique commune. D'après la mesure dans laquelle les têtes 2482224 des boulons filetés dépassent de l'anneau de serrage, on peut connaître le degré d'usure de la surface d'appui conique commune, de sorte qu'au bout d'un certain nombre de processsus de réponse ou de ruptures des goujons de rupture, on peut remplacer la surface d'appui conique commune. L'invention est expliquée plus précisément ci-après à propos du dessin qui représente, en demi-coupe axiale, un exemple d'exécution d'un dispositif limiteur de couple à gou- jons de rupture selon l'invention, en combinaison avec un accouplement d'arbres élastique en torsion. L'accouplement d'arbres représenté par le dessin com- prend deux moitiés d'accouplement coaxiales A et B présentant chacune une perforation de moyeu 20, 21 pour loger chacune de façon solidaire en rotation un bout d'arbre correspondant (non représenté). Les deux moitiés d'accouplement A, B sont en coopération élastique en torsion par l'intermédiaire de plu- sieurs éléments d'engagement 22 répartis sur la circonférence de chaque moitié, pour plus de clarté, on a simplement repré- senté, en ce qui concerne la moitié d'accouplement A, un seul de ces éléments d'engagement. Les accouplements comportant des éléments d'engagement de ce genre sont connus depuis longtemps et ne font pas partie de l'invention de sorte qu'il ne semble pas nécessaire de décrire le fonctionnement.- La moitié d'accouplement A est subdivisée en deux élé- ments structuraux 1, 2 pouvant tourner relativement sur une surface d'appui conique commune et à la circonférence desquels sont répartis plusieurs goujons de rupture 23 coopérant entre eux. Dans l'exemple d'exécution représenté, la surface d'appui conique commune est formée par la surface intérieure d'un coussinet conique 3 vissé à l'élément structural 2 et qui s'applique contre une surface extérieure conique de l'élément 1. Ainsi, dans la moitié d'accouplement A-, l'un des éléments structuraux 1, est monté de façon solidaire en rotation sur le bout d'arbre (non représenté) adjoint à la moitié d'accou- plement A, tandis que l'autre élément structural 2 se trouve en coopération élastique en torsion avec l'autre moitié d'ac- couplement B. La surface d'appui conique commune ou le coussi- net 3 pénètre en rétrécissant dans l'espacement des deux moi- tiés d'accouplement A, B. A l'extrémité rétrécie de la surface d'appui conique ou du coussinet 3, les deux éléments structuraux 1, 2 forment des surfaces frontales annulaires approximativement alignées axialement. A la surface frontale annulaire de l'élément structural 1, un anneau axial de serrage 4 recou- vrant les deux surfaces frontales annulaires est fixé par plusieurs boulons filetés parallèles à l'axe 6, répartis sur la circonférence et entre la tête de chacun de ceux-ci et l'anneau de serrage 4 est disposé un paquet de ressorts Belleville 7. Par les ressorts Belleville 7, l'anneau de serrage 4 est poussé axialement contre la surface frontale annulaire de l'élément structural 2 et assure de cette manière une application du coussinet 3 par toute sa surface contre la surface conique correspondante de l'élément structural 1, quel que soit l'état d'usure du coussinet 3. Sur une surface annulaire intérieure tournée vers l'élément structural 2, l'anneau de serrage 4 est muni d'une garniture antifriction 5 fixée par des vis 13, de sorte que lorsque les goujons de rupture 23 répondent, on évite d'en- -20 dommager les surfaces frontales opposées de l'anneau de serra- ge 4 et de l'élément structural 2. En outre, l'anneau de serrage 4 est muni d'une chemise chevauchant les éléments structuraux 1 et 2 dans la région de leur surface frontale - annulaire et rendue étanche vis-à-vis des éléments structuraux 1, 2 au moyen de joints annulaires 8, 9. Du côté opposé à la moitié d'accouplement B, la surface d'appui conique commune des éléments structuraux 1, 2 est rendue étanche au moyen d'un joint annulaire 10, qui peut être comprimé axialement dans une certaine mesure, de sorte que les usures éventuelles du coussi- net 3 peuvent être rattrapées, en combinaison avec un rappro- chement entre les éléments structuraux 1, 2. Pour obtenir en cas de cisaillement des goujons de rupture 23 une lubrification satisfaisante et donc une faible usure des parties des éléments structuraux 1, 2 qui se tou- chent, sur la circonférence des éléments structuraux 1, 2 et sur la circonférence de l'anneau de serrage 4 sont répartis plusieurs raccordements de lubrifiant 11 par lesquels du lubrifiant peut être introduit soit de temps en temps soit continuellement. En cas de cisaillement des goujons de rupture 23, que la moitié d'accouplement A soit montée sur un bout d'arbre mené et la moitié d'accouplement B sur un bout d'arbre menant ou inversement, il se produit une rotation relative des éléments structuraux 1, 2, ce qui, malgré la lubrification par les raccordements de lubrifiant 11, peut conduire à une certaine usure du coussinet 3. Ensuite, on peut remettre en service l'accouplement d'arbres en insérant un groupe de nouveaux goujong de ciasillement 23 et quelle que soit l'usure qu'a pu subir entre temps le coussinet 3, la surface d'appui conique commune des éléments structuraux 1, 2 est toujours maintenue entièrement en contact par l'action de l'anneau de serrage 4. Par suite, les goujons de rupture 23 sont sollicités exclusivement au cisaillement tangentiel mais non à l'oscillation. Ce dernier fait résulte en particulier du fait que les deux éléments structuraux 1, 2 appartiennent à une même moitié d'accouplement A et sont donc montés sur un bout d'arbre commun. On peut facilement déterminer l'usure du coussinet 3 et/ou de la garniture antifriction 5 en vérifiant de quelle distance la tête des boulons filetés 6 dépasse la surface frontale extérieure de l'anneau de serrage 4. - R E V E N D I C A T I 0 N S- 1. Dispositif limiteur de couple pour deux éléments structuraux pouvant tourner relativement sur une surface d'appui conique commune et à la circonférence desquels sont répartis plusieurs goujons de rupture coopérant entre eux, les éléments structuraux étant mobiles axialement l'un par rapport à l'autre dans une mesure réduite et étant sollicités l'un vers l'autre par une précharge axiale dans le sens d'un contact par toute la surface d'appui conique commune, disposi- tif caractérisé en ce que, dans l'application à un accouple- ment d'arbres élastique en torsion, qui comprend deux moitiés d'accouplement (A, B) à peu près coaxiales disposées de façon solidaire en rotation sur un bout d'arbre correspondant, l'une des moitiés d'accouplement (A) est subdivisée et forme les deux éléments structuraux (1, 2) pouvant tourner relative- ment dont l'un (1) est monté de façon solidaire en rotation sur le bout d'arbre adjoint à cette moitié d'accouplement (A), tandis que l'autre (2) se trouve en coopération élastique en torsion avec l'autre moitié d'accouplement (B), en ce que la surface d'appui conique commune ou coussinet (3) pénètre en rétrécissant dans l'espacement des deux moitiés d'accouplement, et en ce qu'à l'extrémité rétrécie les deux éléments structuraux forment des surfaces frontales annulaires approximativement alignées axialement et sur la surface frontale annulaire de l'un des éléments structuraux (1), qui est monté sur le bout d'arbre correspondant, est disposé un anneau axial de serrage (4) recouvrant les deux surfaces frontales annulaires et présentant plusieurs éléments de fixation élastiques axialement, répartis sur la circonférence, cet anneau s'appliquant avec précharge axiale contre la surface frontale annulaire de l'autre élément structural. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau axial de serrage (4) est fixé par plusieurs boulons filetés (6) parallèles à l'axe, répartis sur la cir- conférence et entre la tête de chaque boulon et l'anneau de serrage est disposé un paquet de ressorts Belleville (7).