Brevet FR2492022A1 — publié le 19820416

Dispositif d'accouplement rigide monté sous pression de fluide. La présente invention concerne un dispositif d'accouplement rigide pouvant etre monté et démonté au moyen d'un fluide sous pression et permettant de réaliser une liaison de transmission de force entre un arbre cylindrique et une pièce présentant un alésage concentrique à l'arbre sans nécessiter aucun usinage spécial de l'un ou l'autre des éléments à assembler. La pièce présentant l'alésage et coopérant avec l'arbre peut être par exemple une poulie, un pignon etc. L'arbre comporte au moins une portion creuse qui peut être borgne dans certaines réalisations. On connait déjà des assemblages mécaniques dans lesquels les éléments d'accouplements sont constitués par des bagues coniques fendues tel que décrit par exemple dans les brevets français 2 187 049 et 2 284 794. Le serrage des deux bagues coniques fendues et le déplacement relatif qui en résulte, se fait au moyen d'une pluralité de vis. On constate que ces dispositifs presentent un certain nombre d'inconvénients, l'existence des fentes des bagues coniques entrainant notamment des risques accrus de corrosion. Par ailleurs, il est nécessaire d'exercer des efforts axiaux importants lors du montage ce qui nécessite l'utilisation d'un grand nombre de vis dont le serrage doit être réalisé de manière rigoureusement répartie et progressive. Compte tenu des difficultés lors du montage, on constate également de fréquents phénomènes de coincements qui peuvent même rendre le démontage impossible. Pour remédier à ces inconvénients, on a déjà préconisé des accouplements assemblés à force au moyen d'un fluide sous pression. Le brevet US 3 531 146 décrit un dispositif d'assemblage de ce type pour deux extrémités d'arbres coaxiaux. Dans ce dispositif, un manchon mince à alésage cylindrique et de diamètre extérieur conique, est amené en contact de serrage sur les arbres par l'intermédiaire d'un manchon épais de diamètre extérieur cylindrique et d'alésage conique. Le manchon sert de piston et est actionné par l'intermédiaire d'un fluide sous pression introduit dans une chambre de pression. Lors du montage, les deux surfaces coniques des organes d'assemblage sont séparées par un film de fluide sous pression qui permet leur déplacement relatif. On constate dans la pratique que les dispositifs d'assemblage de ce type nécessitent de procéder à un renforcement particulier lorsqu'ils sont appliqués à l'assemblage d'arbres creux en raison de la pression exercée par l'accouplement. La présente invention a pour objet le montage par expansion sous pression de fluide d'accouplements rigides de ce type appliqués à des arbres présentant au moins une portion creuse. Le dispositif d'accouplement rigide selon l'invention, monté sous pression fluide, permet l'assemblage d'une pièce comportant un alésage avec un arbre pénétrant dans cet alésage et présentant au moins une portion creuse. Le dispositif comprend deux organes d'accouplement dont les surfaces coniques en contact doivent être séparées lors du montage et du démontage par un film de fluide sous pression. L'un des deux organes d'accouplement peut être alors déplace par l'action d'un fluide sous pression. Selon l'invention, le dispositif d'accouplement comprend une bague mince pouvant être introduite dans la portion creuse de l'arbre et présentant un alésage interne conique à l'intérieur duquel peut se déplacer un piston de surface extérieure conique.Les deux organes d'accouplement du dispositif de l'invention réalisent donc par leur structure même un renforcement de la portion creuse de 1 'arbre. Pour introduire le fluide sous pression jusqu'aux surfaces coniques en contact des deux organes d'accouplement, le piston, qui peut être plein ou à parois épaisses, comprend en outre des moyens de passage susceptibles d'aboutir entre la surface conique du piston et l'alésage conique de la bague mince. Dans un premier mode de réalisation, la bague mince présente de préférence une portion d'alésage cylindrique définissant avec une portion de diamètre réduit du piston une chambre de pression obturée par un organe de fermeture fixé sur la bague. Le piston comporte des moyens de passage pour alimenter la chambre de pression en fluide sous pression. Un joint d'étanchéité qui peut avantageusement être de structure annulaire plate, assure l'étanchéité de la chambre de pression. Dans un mode de réalisation préféré appliqué au cas où la portion creuse de l'arbre est constituée par un chambrage borgne, la conicité du piston est telle que la portion de plus faible diamètre se trouve du côté du fond borgne de la portion creuse. Les surfaces extérieures frontales de la bague mince et du piston viennent sensiblement affleurer l'extrémité frontale de l'arbre après le montage du dispositif d'accouplement. Dans un autre mode de réalisation également appliqué au cas où la portion creuse de l'arbre est constituée par un chambrage borgne, la conicité du piston est inverse de sorte que c'est la portion de plus grand diamètre qui se trouve du côté du fond borgne de la portion creuse. La chambre de pression peut alors être définie entre le fond borgne et l'extrémité frontale en regard du piston, maintenue à un certain écartement. Le piston comporte des moyens de passage pour alimenter la chambre de pression en fluide sous pression. t'étanchéité est assurée simplement par le serrage des pièces. Dans une variante, l'extrémité frontale du piston du côté du fond borgne de la portion creuse, présente un évidement qui joue le rôle de chambre de pression. Cette chambre est délimitée du côté du fond borgne par un organe de fermeture qui prend appui sur le fond borgne et par rapport auquel le piston peut se déplacer. Le piston comporte comme précédemment des moyens de passage pour alimenter la chambre de pression en fluide sous pression. L'étanchéité de la chambre de pression est assurée par un joint d'étanchéité approprié. Dans tous les cas, un perçage traversant le piston est de préférence prévu afin de permettre l'évacuation de l'air et du fluide du fond borgne de la portion creuse de l'arbre. Le montage du dispositif d'accouplement s'effectue en alimentant tout d'abord en fluide sous pression, par exemple en huile, les surfaces coniques en contact des deux organes d1 accouplements, puis en introduisant un fluide sous pression qui peut être également de l'huile, dans la chambre de pression, ce qui provoque le déplacement du piston à l'intérieur de l'alésage conique de la bague mince et la déformation élastique par expansion de ladite bague et de la paroi de l'arbre, assurant ainsi la liaison par friction entre la surface extérieure de l'arbre et l'alésage de l'organe à accoupler. Lorsque le serrage désiré est obtenu, on supprime l'alimentation en fluide entre les deux surfaces coniques en contact qui se trouvent donc assemblées à force.Pour des accouplements de faible diamètre, l'alimentation en fluide sous pression de la chambre de pression peut se faire par les mêmes passages que pour les surfaces coniques en contact des éléments d'accouplements. Le fluide sous pression s'étale tout d'abord entre les surfaces coniques précitées puis remplit progressivement la chambre de pression en provoquant ainsi le déplacement du piston comme il vient d'être dit. Pour les accouplements de plus grand diamètre on prévoit au contraire une alimentation distincte. Pour démonter l'accouplement selon l'invention, on introduit le fluide sous pression entre les deux surfaces coniques en contact et on ouvre de manière contrôlée une valve faisant partie d'un bouchon obturant le conduit d'alimentation en fluide de la chambre de pression. On contrôle ainsi la vitesse du déplacement axial du piston qui permet le démontage de l'accouplement. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs illustrés par les dessins annexés sur lesquels la fig. 1 est une vue en coupe de l'extrémité d'un arbre muni d'un dispositif d'accouplement selon l'invention; la fig. 2 est une vue en coupe analogue d'une première variante; et la fig. 3 est une vue en coupe analogue d'une troisième variante. Tel qu'il est représenté sur la figure 1, le dispositif d'accouplement selon l'invention référencé 1 dans son ensemble est introduit dans un chambrage borgne 2 pratiqué à l'extré- mité d'un arbre cylindrique 3 afin d'assembler sur cet arbre une pièce 4 qui est par exemple une poulie et qui présente un alésage cylindrique coopérant avec la surface extérieure cylindrique de l'arbre 3 au droit du chambrage borgne 2. Le dispositif d'accouplement 1 comprend une bague mince 5 présentant une surface extérieure cylindrique et introduite facilement par un ajustement glissant dans le chambrage 2. La surface extérieure cylindrique de la bague 5 présente de préférence un filet hélicoidal de faible section, non repré senté sur la figure, débouchant à l'extérieur. Ce filet favorise l'évacuation de l'huile recouvrant éventuellement les surfaces cylindriques afin de faciliter l'introduction du dispositif dans le chambrage. La bague mince 5 présente une portion d'alésage conique 6 et une portion d'alésage cylindrique 7 du côté extérieur. Un piston 8 de surface extérieure conique présentant sensiblement la même conicité que l'alésage conique 6 de la bague 5, est introduit à l'intérieur de cette dernière.La conicité du piston 8 est telle que sa portion de plus faible diamètre se trouve du côté du fond 24 du chambrage borgne 2. Du côté extérieur, le piston 8 comporte une portion 9 de diamètre réduit définissant avec la portion 7 d'alésage cylindrique de la bague 5, une chambre de pression 10 annulaire, obturée par un organe de fermeture annulaire 11 vissé par son filetage 12 à l'extrémité de la portion d'alésage cylindrique 7 de la bague 5. On notera que des évidements borgnes 13 permettent de faciliter le serrage et le vissage de l'organe de fermeture 11. Un joint annulaire plat 14 est monté à l'in térieur de la chambre de pression 10 en contact avec la face interne de l'organe de fermeture 11 et venant entourer la portion de diamètre réduit 9 du piston 8 de façon à assurer l'étanchéité de la chambre de pression 10 par déformation élastique. La création d'un film de fluide tel que de l'huile entre les deux surfaces coniques en regard de la bague mince 5 et du piston 8, est faite au moyen de deux gorges annulaires 15 et 16 pratiquées sur la surface extérieure du piston 8 et communiquant entre elles par des gorges axiales 17 également pratiquées sur la surface extérieure du piston 8. On notera que l'on pourrait sans difficulté prévoir plus de deux gorges annulaires. Le fluide sous pression est amené par le passage d'alimentation 18 disposé de manière sensiblement axiale à l'inte- rieur du piston 8 dans un passage 18a sensiblement radial pratiqué à l'intérieur du piston 8 et communiquant avec la gorge circulaire 15. Un raccord d'arrivée de fluide 19 relié au passage 18 est prévu dans la portion 9. De cette manière le fluide sous pression est alimenté entre ses surfaces coniques quelle que soit la position angulaire du piston 8. La chambre de pression 10 est alimentée en fluide sous pression par le passage radial 20 pratiquée dans la portion de diamètre réduit 9 du piston 8 et relie au raccord d'alimentation de fluide 21. On notera que les deux raccords d'arrivée de fluide 19 et 21 sont disposés côte à côte dans la face frontale de la portion 9 ce qui réduit l'encombrement du dispositif de l'in- vention et facilite le montage des conduits d'arrivée de fluide sous pression. Un perçage axial 22 traverse le piston 8 de part en part de façon à permettre l'évacuation de l'air et du fluide pouvant subsister dans le fond borgne du chambrage 2 lors du montage du dispositif d'accouplement de l'invention. Le per çage 22 peut être obturé après l'assemblage par un bouchon rileté coopérant avec le taraudage 22a. On notera que les longueurs axiales de la bague mince 5 et du piston conique 8 sont déterminées de façon à obtenir le serrage desiré pour la transmission par friction d'un effort déterminé tel qu'un couple, un effort axial ou des charges combinées. Les faces frontales du piston 8 et de la bague 5 se trouvent alors de préférence sensiblement dans le même plan. Lorsque le dispositif d'accouplement est assemblé, il subsiste comme on peut le remarquer sur la figure 1, un écartement entre la face interne frontale 23 du piston 8 et le fond 24 du chambrage borgne 2. La valeur de cet écartement est choisie de façon que si le piston 8 vient en contact avec le fond 24, la contrainte admissible en fonction de la nature du matériau choisi pour les différents organes du dispositif d'accouplement ne soit pas dépassée. La profondeur du chambrage 2 est de préférence choisie de façon que les faces frontales externes du piston 8 et de la bague mince 5 viennent sensiblement affleurer la face d'extrémité frontale de l'arbre 3 et de la pièce 4 à assembler. Le montage du dispositif d'accouplement se fait de la manière suivante. On introduit un fluide hydraulique sous pression tel que de l'huile par le passage 18 de façon à séparer complètement les deux surfaces coniques en regard de la bague mince 5 et du piston 8. On introduit ensuite un fluide hydraulique sous pression tel que de l'huile par le passage 20 dans la chambre de pression 10 ce qui provoque un effort axial sur la face frontale 25 annulaire du piston 8 délimitant la chambre de pression 10 et un déplacement du piston 8 à l'intérieur de la bague mince 5. Ce déplacement est rendu possible grâce à l'existence du film d'huile entre les deux surfaces coniques en regard. Lorsque le serrage désiré est obtenu, on cesse d'appliquer le fluide sous pression à la canalisation 18 ce qui provoque le serrage des deux surfaces coniques en regard. On décharge ensuite la chambre de pression 10. Dans le cas d'un accouplement de plus faible diamètre il serait possible de supprimer le passage d'alimentation 20 de la chambre de pression 10 et de se contenter pour le montage d'alimenter la chambre de pression 10 par le fluide sous-pression provenant des gorges circulaires 15 et 16, étalé entre les deux surfaces coniques et remplissant alors progressivement la chambre de pression 10. Pour le démontage du dispositif d'accoupleent de l'invention. On obture le trou taraudé 21 par un bouchon fileté, non représenté sur la figure, et comportant une valve à ouverture pelable. On introduit le fluide sous pression par le passage d'alimentation 18 en ouvrant progressivement la valve précitee. Cn contrôle ainsi le déplacement du piston 8 vers la gauche sur la fig. 1 à l'intérieur de la bague mince 5, étant donné que les deux surfaces coniques assemblées à force se trouvent séparées par un film de fluide sous pression qui supprime le frottement. Pendant le démontage, la chambre 10 est soumise à une pression qui est fonction de la surface de la projection radiale de l'assemblage conique. Le mode de réalisation illustré sur la fig. 2 sur lequel les pièces identiques portent les mêmes références ne se distingue du mode de réalisation précédent que par la conicité inverse du piston et la différence qui en résulte dans la configuration de la chambre de pression. Comme on peut le voir en effet sur la fig. 2, la conicité du piston 26 est telle que c'est sa portion de plus grand diamètre qui se trouve du côté du fond borgne 24 du chambrage. La bague mince 27 comporte bien entendu une surface interne de conicité gale celle du piston 26 de façon à pouvoir coo pérer avec ce dernier comme dans le mode de réalisation pré cédent. La chambre de pression 29 est ici définie entre le fond 24 du chambrage et la surface frontale interne 28 du piston 26. Pour donner à la chambre de pression 29 des dimensions convenables, un certain écartement subsiste entre ces parois frontales en regard. Le fluide sous pression est alimenté par le passage 30. Dans ce mode de réalisation, l'étanchéité de la chambre de pression 29 est assurée uniquement par le serrage des pièces et en particulier le serrage entre la surface extérieure de la bague mince 27 et l'alésage de l'arbre 3. Le film d'huile entre le piston 26 et la bague 27 est créé comme précédemment grâce à l'existence des gorges 15, 16 et 17. Dans le mode de réalisation de la fig. 3 où les pièces identiques portent les mêmes références, le piston 31 présente la même conicité que le piston 26 du mode de réalisation de la fig. 2. Sa portion de plus grand diamètre se trouve donc du côté du fond borgne 24 du chambrage. Un évidement annulaire 32a pratique dans le piston 31 et débouchant sur sa face interne 31a définit une chambre de pression 32 qui est délimitée du côté du fond borgne 24 par la face frontale d'un organe d'obturation 33 en forme d'anneau qui vient prendre appui sur le fond 24. Un joint d'étanchéité annulaire plat 34 disposé dans la chambre 32 en contact avec l'organe d'obturation 33 assure l'étanchéité de la chambre de pression 32. La chambre de pression 32 est alimentée en fluide sous pression par le passage 35.Dans ces conditions, la mise sous pression de la chambre 32 entraîne le déplacement vers la gauche de la fig. 3 du piston 31, l'organe d'obturation 33 étant immobilisé par son appui contre le fond 24 du chambrage borgne. Le film d'huile entre le piston 31 et la bague mince 27 est créé comme précédemment grâce à l'existence des gorges 15, 16 et 17. Bien que dans ce mode de réalisation la chambre de pression 32 soit réalisée sous la forme d'un évidement annulaire, on comprendra que l'on pourrait parfaitement concevoir un évidement de forme cylindrique pratiqué dans l'axe du piston 31 et coopérant alors avec un organe de fermeture s'apparentant à un piston auxiliaire prenant appui comme précédemment sur le fond 24 du chambrage borgne. Bien que l'invention ait été décrite en référence à des exemples où l'arbre comportait un chambrage borgne, on comprendra qu'elle puisse être appliquée sans grande modification au cas d'un arbre comportant une portion creuse interne. De la même manière on comprendra que la pièce 4 peut ne pas être exactement fixée à l'extrémité de l'arbre 3 mais s'en trouver légèrement decalée. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accouplement rigide monté sous pression de fluide entre une pièce (4) comportant un alésage et un arbre (3) pénétrant dans l'alésage et présentant au moins une portion creuse (2), le dispositif comprenant deux organes d'accouplement dont les surfaces coniques en contact peuvent être séparées lors du montage par un film de fluide sous pression, l'un des deux organes pouvant être déplacé par l'action du fluide sous pression, caractérisé par le fait qu'il comprend une bague mince (5) pouvant être introduite dans la portion creuse (2) de l'arbre (3) et présentant un alésage interne (6) conique à l'intérieur duquel peut se déplacer un piston (8) de surface extérieure conique. 2. Dispositif d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le piston (8) comprend des moyens de passage pour introduire un fluide sous pression entre la surface extérieure conique du piston et l'alésage conique de la bague mince (5). 3. Dispositif d'accouplement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bague (5) présente une portion d'alésage cylindrique (7) définissant avec une portion (9) de diamètre réduit du piston (8) une chambre de pression (10) obturée par un organe de fermeture (11) fixé sur la bague (5), le piston (8) comportant des moyens de passage pour alimenter la chambre de pression en fluide sous pression. 4. Dispositif d'accouplement selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'un joint d'étanchéité annulaire plat (14) est monté dans la chambre de pression (10) et en assure l'étanchéité. 5. Dispositif d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que la portion creuse de l'arbre est borgne la conicité du piston (8) étant telle que la portion de plus faible diamètre se trouve du côté du fond borgne de la portion creuse et, les surfaces externes frontales de la bague mince et du piston venant sensiblement affleurer l'extrémité frontale de l'arbre. 6. Dispositif d'accouplement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la portion creuse de l'arbre est borgne et que la conicité du piston est telle que la portion de plus grand diamètre se trouve du côté du fond borgne de la portion creuse. 7. Dispositif d'accouplement selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une chambre de pression (29) est définie entre le fond borgne de la portion creuse et l'extré- mité frontale en regard du piston, le piston comportant des moyens de passage pour alimenter la chambre de pression en fluide sous pression. 8. Dispositif d'accouplement selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'extrémité frontale du piston du côté du fond borgne de la portion creuse présente un évidement (32a) jouant le rôle de chambre de pression, délimitée, du côté du fond borgne, par un organe de fermeture (33) prenant appui sur ledit fond lorgne, le piston comportant des moyens de passage pour alimenter l'évidement en fluide sous pression. 9. Dispositif d'accouplement selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'un joint d'étanchéité (34) coopère avec l'organe de fermeture et l'évidement pour assurer l'etan- chéité de la chambre de pression. 10. Dispositif d'accouplement selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un perçage (22) traverse le piston pour l'évacuation de l'air et du fluide du fond borgne de la portion creuse de l'arbre.