Brevet FR2508996A1 — publié le 19830107

La présente invention concerne les constructions mécaniques, en particulier les équipements pour le forage de trous dans le sol, et a notamment pour objet une arti- culation notamment pour une machine de taille ou de fond hélicoidale planétaire hydraulique permettant de trans- mettre l'effort entre des arbres disposés sous un angle variable pendant leur fonctionnement. L'articulation en question peut être utilisée en particulier pour l'accouplement de l'arbre d'un moteur de taille ou de fond hélicoïdal planétaire hydraulique avec l'arbre prot-nt ^ N organe d'attaque. IL esz possible d'utiliser l'articulation conforme à l'invention dans d'autres branches de la technique ou se pose le problème de la transmission d'un effort entre des arbres disposés sous un angle variable pendant le fonctionnement, par exemple dans l'industrie chimique en cas de fonctionnement de cette articulation dans des milieux agressifs. On connait une articulation de machine de taille hélicoïdale planétaire hydraulique comportant deux joints universels reliés entre eux par un arbre. Chaque joint universel comprend un corps cylindrique sur la paroi intérieure duquel est réalisée une couronne dentée. Ce corps abrite deux demi-manchons disposés coaxialement et aux extrémités desquels sont exécutées des couronnes dentées entrant en prise avec la couronne dentée du corps. Au milieu des faces en bout des demi-manchons orientées l'une vers l'autre, sont prévues des hémisphères rece- vant une rotule dont le rayon est inférieur à celui des hémisphères d'une valeur proportionnelle à l'angle de pivotement du demi-manchon par rapport au corps du joint. Ledit corps est fermé de chaque côté par un couvercle, monté dans ledit corps par assemblage fileté L'espace entre les couronnes dentées des demimanchons et du corps est , rempli d'un lubrifiant et isolé par des joints d'étanché- ité placés dans le corps entre les couvercles et les faces de la couronne dentée dudit corps Chacun desdits joints d'étanchéité est exécuté sous forme d'un anneau en caout- rehouc monté à ajustement dur de sa surface extérieure cylindrique dans le corps du joint, et de sa surface inté- rieure contre le demi-manchon Des anneaux rigides (métal- liques) sont placés des deux côtés dudit anneau, sur ses faces planes; l'un de ces anneaux prend appui sur la couronne dentée du corps, tandis que l'autre se trouve en contact avec la face intérieure du couvercle Pour permettre le gauch Issement nécessaire du demi-manchon par rapport au corps du Joint lors de son fonctionnement, un certain jeu est prévu contre le diamètre intérieur et le diamètre du demi-manchon. Sous l'action de la charge de signe variable r 4-sltant des mouvements de précession (oscillatoires), se produit un déplacement des surfaces en contact de l'anneau en caoutchouc et du demi-manchon, ce qui provoque une déforma- tion unilatérale supplémentaire des anneaux en caoutchouc. La déformation irrégulière des anneaux en caoutchouc permet à la boue de pénétrer dans le jeu entre ces derniers et le demi-manchon, d'atteindre l'enceinte du joint et d'éliminer le lubrifiant par lavage. De plus, dans l'articulation utilisée dans un moteur de taille pour le forage de puits de pétrole et de gaz, les hautes températures agissant au fond du puits provoquent une dilatation volumique du lubrifiant et son expulsion de l'enceinte intérieure du joint Lors de la remontée du moteur et de la diminution de la température, les jeux du joint se remplissent-de boue de forage. La diminution de la quantité de lubrifiant et la présen- ce de la boue de forage dans l'enceinte du joint universel cv- isent à une usure rapide des dents des couronnes des demi-manchons et des dents de la couronne du corps pen- dant la transmission du couple moteur. On s'est donc proposé de mettre au point une articula- N pour une machine de taille hélicoïdale planétaire hydrauliquedans laruelele joint d'étanchéité serait de Conception relativement simple tout en permettant d'élever' considérablement la longévité de l'articulation en compa- raison des articulations connues. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'une arti- culation en particulier pour une machine de taille héli- coldale planétaire hydraulique, du type comportant deux joints universels accouplés entre eux et dont chacun comprend un corps pourvu d'une couronne dentée réalisée sur sa paroi intérieure, et fermé de chaque côté par un couvercle, deux demi-manchons disposés coaxialement dans ledit corps et munis de couronnes dentées extérieures en prise avec la couronne dentée dudit corps, une rotule placée entre lesdits del-anc Sons et deux Joints d'étan- chéité montés dans ledit corps, entre lesdits couvercles et les faces correspondantes de la couronne dentée dudît corps, caractérisée, suivant l'invention, en ce que chaque joint d'étanchéité est fabriqué en matériau élastique sous forme d'une douille embrassant'le demi-manchon et dont une extrémité prend appui sur la face de la couronne dentée du corps, tandis que son autre extrémité est fixée sur le demi-manchon. Il est avantageux de prévoir à l'une des extrémités de la douille un rebord et de placer dans le corps un bottier. annulaire embrassant ledit rebord de la douille. Une telle réalisation de l'extrémité de la douille, ainsi que le fait qu'elle se trouve dans un boitier annulaire permettent d'élever la fiabilité du fonctionne- ment du joint d'étanchéité à l'endroit o il se trouve en contact avec le corps du joint articulé. Il n'est pas moins avantageux que ledit rebord de la douille soit constitué par plusieurs couches de dureté différente allant en diminuant à mesure que l'on s'é 2 c 4 Pe de la surface de la couche qui se trouve en contact avec la face de la couronne dentée du corps. La dureté,variable axialement des couches du rebord de la douille garantit l'étanchéité entrele corps et la surface cylindrique extérieure du rebord de la douille. La construction de l'articulation de la machine de taille hélicoïdale planétaire hydraulique, exécutée conformément à la présente invention, est relativement simple, fiable en utilisation, et est caractérisée par une longévité relativement grande. La réalisation du 'oint dent nc:éié matériau élas- tique sous forme d'une douille assure le maintien du lubrifiant dans l'enceinte du Joint universel et protège cette enceinte contre la pénétration de La boue de forage. Pendant le fonctionnement de l'articulation, les surfaces de contact de la douille ne se déplacent pas relativement au demi-manchon et, de ce fait l N 'y a aucune déformation supplémentairede la douille, ce qui diminue l'usure du Joint d'étanchéité, amâiore téchéit 4 de 'L'enceinte intérieure du Joint universel et, par conséquent, augmente la durée de vie de l'ensemble de l'articulation. L'invention sera mieux comrpise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: la figure 1 représente une articulation pour une machine de taille hélicoïdale planétaire hydraulique, vue en coupe longitudinale suivant l'un des joints universels; la figure 2 est une vue suivant la flèche "A" de la figure 1; la figure 3 montre un Joint universel dans lequel l'extrémité à rebord est placée dans un boitier annulaire; la figure 4 montre un joint universel dans lequel ledit rebord est constitué par ri eues couches. L'articulation de la machine de taille hélicoïdale planétaire hydraulique comporte deux joints universels 1 et 2 (figure 1), reliés entre eux par un arbre 3. , Les deux joints universels sont identiques et, pour cette raison, dans le description qui va suivre, tout ce qui sera dit de l'un d'eux sera valable également pour l'autre. Le joint universel 1 comporte un corps cylindrique 4 sur la paroi intérieure duquel est exécutée une couronne dentée 45 Dans le corps 4, sont disposés coaxialement des demi-manchons 6 et 7 possédant des parties cyliniiques et coniques Des couronnes dentées 8 et 9 sont exécutées sur les extrémités respectives des parties cylindriques des demi-manchons 6, 7 orientés 1 lme vers l'autre Des cavités demi-sphériques sont prévues dans les faces en bout de ces demi-manchons pour y placer une rotule 10 Le diamètre de la rotule 10 est quelque peu inférieurau diamètre de la cavité semi-sphérique d'une valeur proportionnelle à l'angle de rotation du demi-manchon 6, 7 par rapport au corps 4 u j oi Ln t. Le corps 4 est formé de chaque côté par un couvercle 11 vissé dans le corps 4 Des plaques 12 engagées dans des rainures du couvercle 11 et du corps 4 empochent le couvercle 11 de tourner La plaque 12 est fixée au couvercle 11 par des vis 13 (figure 2) Les vis 13 sont immobilisées en rotation par une plaque 14 rabattue vers l'un des pans de la vis 13. Pour élever la fiabilité du fonctionnement de chaque Joint universeljon remplit d'un lubrifiant sa cavité inté- rieure autour de la rotule 10 (figure 1) entre le corps 4 et deux demimanchons 6 et 7 de manière que les surfaces actives des couronnes dentées 5, 8 et 9 du corps 4 et des demi-manchons 6 et 7, respectivement, fonctionnent constam- ment dans un milieu de matière lubrifiante. Dans le corps 4, entre les couvercles 11 et la face correspondante de la couronne dentée 5 du corps 4, sont disposés des joints d'étanchéité 15 Chaque Joint d'étanché- ité 15 comporte une douille 16 exécutée en matériau élastique et embrassant la partie cylindrique du demi-manchon 6 ( 7). L'extrémité de la douille 16 qui est orientée vers la couronne dentée 5 du corps 4, est réalisée de manière à prendre appui sur la f Lace de ladite couronne dentée A cet effet, cette extrémité comporte un rebord 16 a et prend appui sur une bague métallique 17 placée entre la douille 16 et la face de la couronne dentée 5. L'autre extrémité de la douille 16 est fixée sur l'extrémité du deimirmanchon 6 ( 7) faisant saillie au-delà du couvercle 11,à l'aide d'un collier 18, d'une vis 19 (figure 2) et d'ln écrou 20. La figure 3 montre un joint d'étanchéité 21 dans lequel l'une des extrémités de la douille 22 est munie d'un rebord 23 et est logée dans un boitier annulaire 24 pos- sédant une surface intérieure profilée d'une manière appropriée et embrassant cette extrémité de la douille 22. L'extrémité de la douille 22 prend appui par son rebord 23, par lin r 9 éaaire Attabe zague 25, sur la face de la couronne dentée 5. La bague 25 peut être montée librement ou être assemblée à la douille 22. Le boîtier 24 et la bague 25 sont exécutées en un matériau plus rigide que celui de la douille 22. Un anneau d'étanchéité 26 est placé entre le corps 4 et la face plane de l'anneau 25. Il est possible de réaliser le rebord 27 (figure 4) de la douille 28 en couches de dureté différente allant en diminuant à mesure que l'on s'éloigne de sa face se trouvant en contact avec la face de la couronne dentée du corps 4 La fixation de la douille 28 à la partie cylindrique du demi-manchon 6 est réalisée à l'aide de deux bagues 29 et 30 disposées au contact l'une de l'autre suivant leurs surfaces coniques La bague 29 est fendue et sa surface extérieure est conique La bague 30 exécutée d'une seule pièce avec un cône intérieur est disposée sur la surface extérieure conique de la bague 29, dont le diamètre diminue alors en comprimant la douille 28 sur le demi-manchon 6 On choisit la valeur de la conicité des surfaces c oniques des bagues 29 et 30 de manière à prévenir le désaccouplement spontané des bagues pendant le fonction- nement du joint universel. L'articulation de la machine de taille hélicoïdale planétaire hydraulique fonctionne de la manière suivante. Les demi-manchons 6, 7 des Joints universels 1, 2 sont 25039 C assemblés par leurs parties coniques respectivement au rotor du moteur (non représenté) et à l'arbre portant un organe d'attaque (non représenté). Le couple moteur et la composante de la force axiale du rotor sont transmis par l'intermédiaire de l'articulation à Marbre portant l'organe opératoize et d Jposé d'une manière excenrique par rapport au rotor Dans ces conditions, les axes des demi-manchons 6 et 7 de chaque Joint universel 1 et 2 se croisent, alrs que les demi-manchons 6 et 7 eux- mêmes effectuent des mouvements oscillatoires parrapport au corps 4 de chaque Joint universel. LN couple moteur est transmis du rotor à l'arbre de l'organe opératoire par l'intermédiaire des parties coniques des demi-manchons 6, 7, ainsi qu'à l'aide des couronnes dentées 8, 9 et 5 des demi-manchons 6 et 7 et du corps 4, respectivement, de chacun des Joints universels 1 et 2 La charge axiale du rotor esttransmise parles mêmes parties coniques des demi-manchons 6, 7 et par la rotule 10, par l'intermédiaire des surfaces correspondantes des cavités semi-sphériques des demi-manchons 6 ' et 7 se trouvant en contact avec ladite rotule disposée entre elles. Le Joint d'étanchéité exécuté en matériau élastique sous forme d'une douille 16 dont les extrémités sont fixées dans le corps 4 et sur les demi-manchons 6, 7 assure le maintien du lubrifiant dans la cavité du joint universel 1 ( 2) et protège son enceinte intérieure contre la pénétra- tion de la boue de forage. Ceci est obtenu du fait que, pendant le fonctionnement de l'articulation, les surfaces de contact de la douille 16 ne se déplacent pas relativement aux demi-manchons 6 ( 7) et au corps, car la surface extérieure de la douille 16 sur l'une de ses extrémités est dispose à a Justement dur dans ledit corps et y est fixée, tandis que la surface intérieure de l'autre extrémité de la douille 16 s'applique intime- ment contre les demi-manchons 6, 7 etestfixée sur leur surface Le matériau élastique de la douille 16 permet aux demi-manchons 6 et 7 d'effectuer librement des mouvements 208996 o oscillatoires par rapport au corps 4. La présence du rebord profilé 23 prévu à l'extrémité de la douille 22 placée dans le corps 4, ainsi que du bol r 24 à surface prof ilée appropriée embrassant le rebord 23, élève la fiabilité du fonctionnement du joint d'étanchéité. L'emploi d'une douille 28 à rebord 27 en plusieurs couches de dureté différente permet de simplifier le monta- ge du joint universel sans diminuer la capacité de travail , et la fiabilité de l'ensemble dudit Joint. I 1 - R E VE N D 1 C A T I O N S 1 Articulation pour une machine de baiile hélicoldale planétaire hydraulique, du type comportant deux joints uni-Lversels ( 1,2) accouplés entre eux et dont chacun comporte un corps ( 4) avec une couronne dentée ( 5) exécutée sur sa paroi intérieure, fermé à chaque extrémité par un couvercle ( 11), deux demi-manchons ( 6,7) disposés coaxiale- ment dans le corps ( 4) et munis chacun d'une couronne dentée extérieure ( 8,9) en prise avec la couronne dentée ( 5) du corps ( 4), une rotule ( 10) placée entre lesdits demi- anc ons, et deux joints d'étanchéité 15, 21) montes dans le corps ( 4) entre les couvercles ( 11) et les faces correspondantes de la couronne dentée ( 5) du corps ( 4), caractérisée en ce que chaque Joint d'étanchéité ( 15,21) est fabriqué en un matériau élastique et se présente sous forme d'une douille ( 16, 22, 28) embrassant le demi- manchon ( 6,7), une extrémité de ladite douille étant adaptée de manière à prendre appui sur la face de la couronne dentée ( 5) du corps ( 4), tandis que son autre extrémité est fixée sur le demi-manchon ( 6,7). 2 Articulation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce qu'une extrémité de la douille ( 22) est pourvue d'un rebord ( 23) et qu'un boitier annulaire ( 24) est monté dans le corps ( 4) et embrasse le rebord ( 23) de la douille ( 2 2). 3 Articulation conforme à la revendication 1, carac- térisée en ce qu'une extrémité de la douille ( 28) est pourvue d'un rebord ( 27)constitué de plusieurs couches dont les duretés respectives diminuent à mesure que l'on s'éloigne de celle des surfaces du rebord ( 27) qui est , en contact avec la face de la couronne dentée ( 5) du corps ( 4).