Brevet FR2482743A1 — publié le 19811120

La présente invention concerne des dispositifs de protection contre les surcharges et en particulier un accouplement destiné à limiter à une valeur maximale pré- déterminée le couple transmis entre deux éléments d'un sys- tème transmettant de l'énergie par rotation. L'invention concerne aussi des pièces de cassure utilisées dans de tels dispositifs de protection. On connaît déjà l'utilisation de dispositifs de protection contre les surcharges destinés à transmettre un couple entre deux éléments de machine rotative-. Ces dispo- sitifs comportent fréquemment une goupille, souvent fendue, ayant une dimension telle qu'elle se cisaille lorsque le couple transmis entre les deux éléments rotatifs de machine impose une contrainte prédéterminée de cisaillement à la goupille. Le brevet britannique no 1 520 416 décrit un tel dispositif. On a aussi utilisé des dispositifs plus complexes pour la protection contre les surcharges entre des éléments rotatifs de machine. Le brevet britannique no 1 512 846 dé- crit un tel dispositif dans lequel les moitiés menante et menée de l'accouplement limiteur de couple sont raccordées par des bagues d'acier trempé qui entourent des prolongements radiaux de forme générale cylindrique de l'accouplement, cha- que prolongement étant formé par deux prolongements radiaux semicylindriques coopérants solidaires chacun de l'une des moitiés menante et menée de l'accouplement. Un inconvénient important de ces accouplements con- nus donnant une protection contre les surcharges est la difficulté de la réalisation de pièces de cassure de ma- nière qu'elles aient une durée acceptable d'utilisation lorsque l'accouplement est monté dans un système de trans- mission d'énergie soumis à des variations du couple ou même à son inversion éventuelle. Lorsque les pièces de cassure sont réalisées afin qu'elles se rompent pour un couple qui ne dépasse que de peu le couple normal maximal transmis par l'accouplement, la contrainte appliquée aux pièces de cas- sure varie proportionnelement à la variation du couple, dans le système de transmission d'énergie, d'une valeur 2 2482743 proche de la contrainte de cassure de la matière de la pièce jusqu'à une contrainte nulle et, dans certains cas, jusqu'à l'inversion complète du sens de la contrainte. Cette varia- tion répétée des contraintes réduit considérablement la résistance des pièces de cassure à la fatigue, si bien qu'elles peuvent se rompre lorsque l'accouplement transmet un couple inférieur à la valeur maximale nominale. Lorsque les pièces de cassure sont destinées à se rompre pour un couple bien supérieur au couple maximal normal transmis par l'accouplement, la résistance à la fatigue des pièces peut être améliorée mais les facteurs de sécurité utilisés dans l'ensemble du système de transmission d'énergie doivent être plus importants si bien que les différents éléments devien- nent plus coûteux. Les accouplements à protection contre les surchar- ges dans lesquels les pièces de cassure sont montées avec une petite contrainte préalable dans le sens de cassure des pièces, présentent aussi une certaine amélioration de la résistance à la fatigue des pièces de cassure et une réduction de l'usu- re mutuelle des éléments rotatifs et de l'usure entre ces éléments rottifs et les pièces de cassure. L'invention concerne un accouplement à protection contre les surcharges, destiné à des systèmes de transmission d'énergie et dans lesquels les pièces de cassure ne sont sou- mises pratiquement qu'à des contraintes de tension. Plus précisément, l'invention concerne un accouple- ment deprotection contre les surcharges destiné à limiter le couple transmis entre deux éléments d'un système de trans- mission d'énergie par rotation, comprenant des organes co- axiaux menant et mené tournant l'un par rapport à l'autre et raccordés l'un à l'autre par un ou plusieurs dispositifs à pièce de cassure par traction, chaque dispositif comprenant au moins une pièce de cassure par traction,et un ou plu- sieurs dispositifs de réaction contenant chacun au moins un organe de réaction et contre lequel la pièce de cassure sous traction est mise préalablement sous tension. Un avantage de cet accouplement est que les pièces 3 É a 43 de cassure peuvent être mises sous une tension pzéalab-e au moins égale à la contrainte résultant de la force ap- pliquée à la pièce de cassure par le couple maximal nor- mal transmis par l'accouplement. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, fai- te en référence aux dessins annexés sur lesquels: - - la figure 1 est une élévation latérale d'un pre- mier accouplement deprotection contre les surcharges selon l'invention; la figure 2 est une.élévation latérale en coupe de l'accouplement de la figure 1, à échelle réduite, repré- senté après enlèvement des pièces de cassure et des pièces d'application de force; - la figure 3 est une vue de bout de l'accouple- ment, suivant la flèche A de la figure 1, après enlèvement des pièces de cassure et des pièces d'application de force; - la figure 4 est une vue de bout de l'accouplement dans le sens de la flèche B de la figure 1, après enlèvement des pièces de cassure et d'application de force; - la figure 5 est une vue en plan de l'accouplement de la figure 1; - la figure 6 est une élévation latérale d'un se- cond mode de réalisation d'accouplementde protection contre les surcharges selon l'invention; - la figure 7 est une élévation latérale d'un troi- sième mode de réalisation d'accouplementde protection-contre les surcharges, selon l'invention; - la figure 8 est une élévation latérale d'un qua- trième mode de réalisation d'accouplementde.protection contre- les surcharges, selon l'invention; - la figure 9 est une coupe longitudinale de l'ac- couplement de la figure 8, après enlèvement des pièces de cassure et des pièces d'application de force; et - la figure 10 est une élévation latérale d'un cin- quième mode de réalisation d'accouplementde protection contre les surcharges, selon l'invention. 4 2482743 On se réfère d'abord aux figures 1 à 5 sur les- quelles les éléments analogues portent des références iden- tiques et qui représentent un accouplement deprotection con- tre les surcharges portant la référence générale 10 et com- prenant un organe menant 11 et un organe mené 12. L'organe menant 11 a un moyeu 13 ayant un alésage 14 destiné à être raccordé à un arbre menant (non représenté), une bride rec- tangulaire 15 coaxiale du moyeu 13 et solidaire de celui-ci, et une partie cylindrique 16 coaxiale à la face 17 de la bri- de rectangulaire 15 et en dépassant. L'organe mené 12 comporte un moyeu 19 ayant un alésage 20 destiné à être raccordé à un arbre mené (non re- présenté) et une bride rectangulaire 21 coaxiale au moyeu 19 et solidaire de celui-ci. L'organe mené a un alésage 22 ayant des coussinets 23 qui coopèrent avec le prolongement cylin- drique 16 de l'organe menant et assure le tourillonnement relatif de l'organe menant 11 et de l'organe mené 12. Des butées 23a peuvent en outre être disposées entre les faces 17 et 18 en regard des deux organes de l'accouplement. La bride rectangulaire 15 de l'organe menant 11 et la bride rectangulaire 21 de l'organe mené 12 ont des dimen- sions analogues et sont disposées de manière que les faces périphériques de l'une soient coplanaires aux faces périphé- riques de l'autre. Les faces périphériques 24, 25, 26, 27 de la bride (figure 3) ont des saillies cylindriques 28, 29, 30, 31 espacées comme représenté. De manière analogue, les faces périphériques 32, 33, 34, 35 de la bride rectangulaire 21 ont des saillies cylindriques 36, 37, 38, 39 (figure 4). Les saillies peuvent être usinées afin qu'elles soient solidaires des brides 15 et 21 ou peuvent être sous forme de pièces séparées fixées par emmanchement à force ou de toute autre manière dans des trous de dimensions convenables des faces des brides périphériques. L'entraînement mutuel de l'organe menant 11 et de l'organe mené 12 est assuré par deux dispositifs 60 à pièces de cassure par traction. Dans un premier dispositif 60, deux "e I{-X f pièces 40, 41 de cassure par traction (figure 1) raccor- dent,par des pontets 42, une saillie 29 de la face 25 de la bride rectangulaire 15 à une saillie 37 de la face 33 de la bride rectangulaire 21. Des saillies 31 et 39 des faces 27 et 35 respectivement sont reliées de façon analogue par une seconde paire de pièces de cassure par traction de l'autre dispositif 60. Deux dispositifs 43 de réaction alternent avec les dispositifs 60. Dans un premier dispositif 43, deux or- ganes 44, 45 de réaction par tension relient, par des pontets 46, des saillies 28, 36 des faces 24, 32 des brides rectan- gulaires 15 et 21 respectivement. Des saillies analogues 30, 38 des faces 26, 34 sont raccordées par une seconde paire d'organes de réaction de l'autre dispositif 43 de réaction. Les pièces de cassure sont maintenues en position par passage d'extrémités filetées-51 de chaque pièce de cas- sure par traction dans des trous 48 de dimension correspon- dante des pontets 42 et par blocage par des écrous 50. Les organes de réaction sont fixés de manière ana- logue par passage d'extrémités filetés 52 de chaque organe de réaction dans des trous taraudés convenables 53 des pontets 46 et par blocage par des écrous 54. Dans l'accouplement représenté sur les figures 1 à , les organes de réaction, qui alternent avec les pièces de cassure par traction autour de la périphérie, sont mis sous tension afin qu'ils constituent le dispositif de mise sous tension préalable des pièces de cassure par traction. Ce type d'organe de réaction peut. cependant être remplacé par un organe de réaction placé entre deux saillies reliées par deux pièces de cassure et mis en compression afin qu'il cons- titue le dispositif de mise sous tension préalable des pièces de cassure. La figure 6 représente un tel arrangement à pièce de cassure et à organe de réaction dans lequel l'organe 200 de réaction est placé entre une saillie 229 de l'organe me- nant 211 et une saillie 237 de l'organe mené 212, des sail- lies étant reliées par deux pièces 240, 241 de cassure par 6 2482743 traction, connectées par des pontets 242. La figure 7 représente une variante de l'accou- plement de la figure 6, dans laquelle l'organe 300 de ré- action placé entre la saillie 329 de l'organe menant 311 et la saillie 337 de l'organe mené 312, est sous forme d'un tube et la pièce de cassure est sous forme d'un organe unique 305 reliant les saillies 329 et 337 et coaxial à l'organe 300 de réaction. Les extrémités de l'organe 305 portent des écrous 339. La figure 10 représente une variante de l'arrange- ment de la figure 7 dans laquelle le dispositif à pièce de cassure et le dispositif à organe de réaction sont logés dans un sous-ensemble qui peut être facilement séparé des organes menant et mené de l'accouplement. Sur la figure 10, le sous-ensemble comporte deux barres métalliques allongées 410, 412 dont des premières extrémités ont des ouvertures 414, 416 qui sont glissées sur des saillies correspondantes 418, 420 des organes mené et menant 422, 424, et dont les autres extrémités sont serrées en butée l'une contre l'autre par une tige filetée 426 passant dans des parties découpées 428,'43Q des barres 410, 412, par des trous 432, 434. Les extrémités de la tige portent des écrous 436, 438 logés dans les découpes 428, 430. La tige 426 constitue le dispositif à pièce de cassure et les parties des barres placées entre les écrous 436, 438 forment le dispositif à organe de réaction. Grâce à cette disposition, la tige 426 peut être soumise à une charge préalable par serrage des écrous 436, 438 avant que les barres 410, 412 soient placées sur les organes menant et mené si bien que la mise sous tension préalable n'a pas à être réalisée lorsque les dispositifs à pièce de cassure et à organe de réaction sont en place sur l'accouplement. Un arrangement analogue est normalement placé en position diamétralement opposée sur l'accouplement. Des bielles de mise préalable sous charge peuvent être disposées en alternance avec les sous-ensembles précités afin que l'érosion et l'usure entre les raccords d'extrémité 7 t - 3 du sous-ensemble à dispositifs à pièce cassure et or- gane de réaction et les organes menant et mené de l'accou- plement soient évitées, ces bielles assurant la mise sous une charge préalable des connexions d'extrémité. Dans le mode de réalisation de la figure 10, ces bielles peuvent être simplement formées par exemple par des barres supplé- mentaires reliant les saillies 440, 442 et 444, 446, for- mées sur les organes menant et mené. Lors du fonctionnement des accouplements précités, la variation normale du couple est répartie entre les pièces de cassure par traction et les.organes de réaction propor- tionnellement à leur contribution à la rigidité totale à la torsion de la connexion des organes menant et mené de l'ac- couplement, tant que les pièces de cassure sont sous tension pÉéalable contre les organes de réaction. Plus la rigidité totale à la torsion de la connexion est élevée entre les or- ganes menant et mené, sous l'action de la combinaison des pièces de cassure et des organes de réaction, et plus la variation résultante de déformation des pièces de cassure est faible tant que les pièces de cassure sont soumises à une tension préalable contre les organes de réaction. La contribution des pièces de cassure à la rigidité totale à la torsion de la connexion est limitée par la section fixée par la contrainte nominale de cassure et par la longueur né- cessaire afin que la force soit pratiquement une traction et que les contraintes de flexion dues à la disposition incli- née des pièces de cassure par rapport à l'axe de rotation de l'accouplement soient minimales. Les organes de réaction sont de préférence disposés afin qu'ils aient une contribu- tion à la rigidité totale à la torsion supérieure à celle des pièces de cassure. Cette caractéristique peut être obtenue par réglage d'un paramètre ou de plusieurs paramètres asso- ciés aux organes de réaction tels que leur section, leur longueur, leur rayon efficace entre chaque organe de réaction et l'axe de rotation de l'accouplement, et le nombre d'or- ganes de réaction. Lorsque la rigidité à la torsion des organes de ré- 8 2482743 action est nettement supérieure à celle des pièces de cassu- re, le couple transmis pour lequel les organes de réaction se cassent sous l'action d'un couple appliqué en sens inver- se ou lors d'une rotation en sens inverse,est nettement su- périeur au couple transmis pour lequel les pièces de cassure se cassent lorsque l'accouplement tourne et transmet un couple dans le sens normal ou vers l'avant. Lors d'une iii- version du couple ou du sens de rotation, les pièces de cas- sure se libèrent avant la cassure des organes de réaction. Les modes de réalisation des accouplements repré- sentés sur les figures 1 à 7 conviennent de façon générale à des systèmes de transmission dans lesquels les pièces de cas- sure sont destinées à se casser pour un sens seulement de rotation. Les figures 8 et 9 représentent une adaptation de l'accouplement dans laquelle les pièces de cassure sont destinées à céder dans les deux sens de rotation. Ltaccouplement représenté sur les figures 8 et 9 comporte un organe menant 111 et un organe mené 112 séparés par un organe intermédiaire 113. L'organe menant 111 a un moyeu 114 ayant un alésage 115 destiné à être raccordé à un arbre menant non représenté, une bride rectangulaire 116 et une partie cylindrique 117 coaxiale à la face 118 de la bri- de rectangulaire 116 et en dépassant. L'organe mené 112 est identique à l'organe 111. L'organe intermédiaire 113 a une partie rectangulaire 119 ayant un alésage 120 muni de cous- sinets 121 qui coopèrent avec les parties cylindriques 117 des organes menant et mené 111, 112 et permettent ainsi la rotation relative des trois organes 111, 112, 113 les uns par rapport aux autres. Des butées 121a peuvent être montées entre les faces en regard de l'organe menant et de l'organe intermédiaire d'une part et de l'organe intermédiaire et de l'organe mené d'autre part. Les brides rectangulaires 116 de l'organe menant 111 et del'organe mené 112 et la partie rectangulaire 119 de l'organe intermédiaire 113 ont des dimensions analogues et les faces périphériques des brides rectangulaires 116 et de la partie rectangulaire 119 sont coplanaires. 9 242'743 Comme dans l'accouplement des figures 1 à 5, des saillies radiales 121 de la bride rectangulaire 116 de l'or- gane menant 122 sont raccordées à un premier jeu de saillies radiales 122 de l'organe intermédiaire 113 par des paires alternées de pièces de cassure par traction et d'organesde réaction. De manière analogue, des saillies radiales 123 de la bride rectangulaire 116 de l'organe mené 112 sont reliées à un second jeu de saillies radiales 124 de l'organe intermé- diaire 113, par des paires alternées de pièces de cassure et d'organes de réaction. Les paires de pièces de cassure re- liant l'organe menant 111 à l'organe intermédiaire 113 sont sous une tension préalable, comme dans l'accouplement des figures 1 à 5, et sont destinées à se casser lorsque l'accou- plement transmet un couple dans un premier sens. Les paires de pièces de cassure reliant l'organe intermédiaire 113 à l'organe 112 sont aussi sous une contrainte préalable de tension et sont destinées à se casser lorsque l'accouplement transmet un couple dans l'autre sens. 2482743 REVENDICATIONS 1. Accouplement de protection contre les surcharges, destiné à limiter le couple transmis entre deux éléments d'un système rotatif de transmission d'énergie, du type qui comprend des organes coaxiaux menant et mené tourillonnant l'un par rapport à l'autre, ledit accouplement étant carac- térisé en ce que-les organes menant et mené (11, 12) sont reliés l'un à l'autre par au moins un dispositif (13) à pièce de cassure par traction, disposé à la périphérie de l'accouplement, chaque dispositif comprenant au moins une pièce de cassure par traction (40, 41; 240, 241; 305), et un ou plusieurs dispositifs de réaction (43) disposés autour de la périphérie de l'accouplement, chaque dispositif de réaction comportant au moins un organe de réaction tel que les pièces de cassure par traction. (40, 41; 240, 241; 305) sont sous tension préalable. 2. Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dispositif à pièce de cassure comporte deux pièces de cassure par traction (40, 41) reliées en parallèle à leurs extrémités par deux pontets (42) qui coopèrent avec des premières saillies (29, 37) des organes menant et mené (11, 12), les pièces de cassure (40, 41) n'étant soumises à -des forces de traction que lors de la rotation de l'organe menant (11) dans son sens de fonctionnement. 3. Accouplement selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque dispositif de réaction (43) comporte deux tiges (44, 45) reliées en parallèle à leurs extrémités par une paire supplémentaire de pontets (46) qui coopèrent avec des secondes saillies (28, 36) des organes menant et mené (11, 12), la disposition des premières et secondes saillies (29, 37; 28, 36) sur les organes menant et mené (11, 12) étant telle que le déplacement relatif des secondes saillies l'une vers l'autre par réglage relatif des pontets supplé- mentaires (46) écarte les prEmières saillies (29, 37) si bien que la paire d'organes de cassure (40, 41) est placée sous tension. Accouplement selon la revendication 2, caractérisé 4. il en ce qJue chaque dispositif de réaconr. (43) c=por' _ne tige allongée (200) disposée axialement entre les premières saillies (229, 237) des organes menant et mené (11, 12) d'une manière telle que la paire de pièces de cassure peut être mise sous tension préalable. 5. Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dispositif (13) à pièce de cassure par trac-, tion comporte une tige allongée (305) dont les deux extrémi- tés sont raccordées à des saillies correspondantes (329, 337) des organes menant et mené (11, 12), une extrémité au moins de la tige (305) étant filetée et portant un écrou réglable (339) permettant le déplacement l'une vers l'autre des sail- lies (329, 337) portées par les organes menant et mené, le dispositif de réaction (43) comportant un tube (300) placé autour de la tige (305) et dont les deux extrémités sont en butée sur les saillies (329, 337) des organes menant et mené (11, 12) respectivement afin qu'il résiste au déplace- ment des saillies lors du serrage de l'écrou réglable, si bien que le tube (300) est mis en compression et la tige (305) est mise en tension. 6. - Accoupiement selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que les saillies reliées de chaque paire (29, 37; 28, 36; 229, 237; 329, 337) sont dis- posées sur des surfaces plates coplanaires (24, 25, 26, 27; 32, 33, 34, 35) des organes menant et menéet qui sont parallèles à l'axe de l'accouplement. 7. Accouplement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les saillies sont disposées perpendiculairement aux- dites surfaces et dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation de l'accouplement. 8. Accouplement selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, destiné à des systèmes de transmission dans lesquels un couple doit être transmis dans les deux sens de rotation, ledit accouplement étant caractérisé en ce qu'il comporte un organe intermédiaire (119) d'accouplement dispo- sé entre les organes menant et mené (111, 112) par rapport auxquels il peut tourner, l'organe menant (111) étant relié 12 2482743 à l'organe intermédiaire par au moins un premier dispositif à pièce de cassure par traction et au moins un premier dis- positif de réaction, et l'organe intermédiaire (119) est relié à l'organe mené (112) par au moins un second dispo- sitif à pièce de cassure par traction et au moins un se- cond dispositif de réaction, les premiers dispositifs à pièce de cassure et de réaction agissant dans un sens de rotation opposé à celui des seconds dispositifs, si bien que la protection contre les surcharges est assurée dans les deux sens de rotation. 9. Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux saillies (418, 420) des organes menant et mené (424, 422) sont reliées par un sous-ensemble comportant une paire de barres allongées (410, 412) dont les premières ex- trémités sont raccordées auxdites saillies (418, 420) et dont les autres extrémités sont serrées bout à bout par une tige filetée (426) passant dans des trous axiaux (432, 434) des barres (410, 412) et qui portent deux butées distantes (436, 438), cette tige (426) constituant la pièce de cassure par traction, les parties des barres serrées entre les butées (436, 438) formant le dispositif de réaction. 10. Accouplement selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacune des butées (436, 438) est un écrou placé sur la tige.filetée (426).