Brevet FR2504232A1 — publié le 19821022

La présente invention concerne des joints d'étan- chéité pour arbre et elle a trait plus particulièrement à un mode de fixation de l'élément d'étanchéité associé à l'arbre sur ce dernier pour assurer l'entraînement de l'élément d'étanchéité. Dans les réalisations connues,l'élément d'étanchéité d'un joint d'arbre qui est associé à l'arbre est monté sur l'arbre par l'intermédiaire d'une bague ou collier qui est à son tour fixé sur l'arbre à l'aide de plusieurs vis de bloca- ge radial espacées circonférentiellementlesdites vis étant serrées contre l'arbre pour bloquer la bague ou le collier sur celui-ci Avec ce procédé de fixation de l'élément d'étanchéité sur l'arbreles vis de blocage mordent dans la surface de l'arbre,rendant difficile le démontage de l'élément d'étanchéité et nécessitant également l'enlèvement des bavures ainsi créées,afin de ne pas endommager l'élément d'étanchéité lors du remontage du joint Il est également nécessaire de prévoir des moyens d'étanchéité indépendants entre l'arbre et la bague ou collier. Conformément à un aspect de la présente inventionle joint d'arbre comprend un élément d'étanchéité et un ensemble de bagues d'entraînement servant à monter l'élément d'étanchéi- té par rapport à un arbre pour qu'il tourne avec lui;ledit ensemble de bagues d'entraînement qui est agencé pour être monté autour de l'arbre comprenant:une bague extérieure dont l'alésage est élargi en direction d'une extrémité de manière qu'un épaulement s'étendant radialement ou essentiellement radialement soit prévu sur une partie de sa longueur;une bague intérieure radialement déformabledisposée coaxialement à la bague extérieure et placée dans la partie élargie de l'alésage de celle-ci;et une bague d'étanchéité logée dans la partie élargie de l'alésage de la bague extérieure entre son épaule- ment et l'extrémité opposée de la bague intérieure,plusieurs vis radiales réparties circonférentiellement et engagées dans des trous filetés correspondants ménagés dans la partie de la bague extérieure qui entoure la bague intérieure de façon qu'elles puissent être serrées contre la surface 2504 232 extérieure de la bague intérieure,les surfaces de contact des vis et de la bague intérieure étant mutuellement inclinées de façon qu'un serrage des vis contre la bague intérieure, lorsque l'ensemble est placé autour d'un arbrepousse la bague intérieure de façon à la déplacer axialement en direc- tion de l'épaulement de la bague extérieure,en comprimant ainsi la bague d'étanchéité placée entre eux et en faisant en sorte que cette bague d'étanchéité se dilate radialement pour entrer en contact étanche avec les surfaces opposées de l'arbre et de la bague extérieure,tandis que simultanément lesdites vis déforment la bague intérieure pour l'amener en contact de blocage avec l'arbre. De préférence,chacune desdites vis radiales entre en contact avec une partie inclinée de la surface extérieure de la bague intérieure,cette partie inclinée étant placée axiale- ment entre les axes de la vis et de l'épaulement de la bague extérieure de façon qu'un serrage de la vis provoque un mouvement axial de la bague intérieure en direction de l'é- paulemont, tout en exerçant simultanément une force radiale de blocage sur la bague intérieure La surface extérieure peut être pourvue d'une série de parties de surfacelinclinées qui sont disposées circonférentiellement de manière à coinci- der avec les positions circonférentielles des vis radiales Ces parties de surface inclinées peuvent se présenter sous la forme de dépressions cuniques,qui peuvent être formées par exemple par poinçonnage de la bague intérieure ou bien qui peuvent se présenter sous la forme de trous à bord fraisé En variante la surface inclinée peut être pourvue d'une rainu- re circonférentielle à section droite en V Pour permettre une déformation radiale de la bague intérieure,on peut utiliser une bague fendue En variante,on peut employer une bague fermée d'une section droite relativement réduite et qui est suffisamment flexible pour permettre la déformation nécessaire de la bague sur l'arbre sous la charge appliquée par les vis radiales Lorsqu'une bague fendue est utilisée,pour établir un joint étanche au fluide,on peut placer une bague d'appui fermée entre la bague d'étanchéité et la bague intérieure 2504 232 fendue. Pour fixer en position la bague extérieure par rapport à l'arbre, la bague intérieure peut être emmanchée de façon serrée dans le trou de la bague extérieure,lorsque l'ensemble de bagues d'entraînement est bloqué sur l'arbre. Lorsque cela neest pas le cas et lorsque le seul contact établi entre les bagues intérieure et extérieure a été réalisé par l'intermédiaire des vis radiales,il est possible que la bague extérieure puisse basculer par rapport à la bague intérieure Pour éviter cet inconvénient,et éga- lement éviter la nécessité de réaliser les bagues intérieu- re et extérieure avec des tolérances très serrées, le trou de la bague extérieure et les surfaces extérieures de la bague intérieure peuvent avoir un profil conique en direction de l'épaulement de la bague extérieure De cette manière, lorsque la bague intérieure se déplace axialement en direc- tion de l'épaulement de la bague extérieure pour comprimer la bague d'étanchéité,les surfaces opposées des bagues - intérieure et extérieure se rapprochent également étroitement l'une de l'autre,de sorte que, lorsque l'ensemble de bague d'entratnement est assemblé sur un arbreles bagues inté- rieure et extérieure sont amenées en contact circonférentiel continu et la bague extérieure est ainsi fixée rigidement par rapport à la bague intérieure et l'arbre. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatifen référence aux dessins annexés dans lesquels: Fig l est une coupe schématique faite suivant la ligne I-I de la figure 2 d'un Joint à soufflet agencé conformément à la présente invention; Fig 2 est une vue en bout partielle du Joint de la figure 1; Fig 3 est une coupe schématique d'une variante d'un ensemble de bague d'entraînement pour un Joint agencé conformément à la présente invention. 2504 232 Un joint radial mécanique entre un arbre tournant 1 et un carter 2 comprend,comme indiqué sur les dessins ci- joints, un élément formant siège annulaire 3 qui est scellé dans un évidement ménagé dans le carter 2 à l'aide d'une bague 4 en graphite expansé. L'élément d'étanchéité 5 associe l'arbre 1 est main- tenu en contact avec le siège 3 grâce à une bague de retenue 6 et un soufflet métallique 7,qui est soudé sur un ensemble de bagues d'entraînement 8 et prend appui sur cet ensemble d'une manière classique. L'ensemblecde bagues d'entralnement 8 comprend une bague extérieure 9 présentant un alésagera l'extrémité de la bague 9 sur laquelle le soufflet 7 est fixé,est d'un diamètre légèrement supérieur à celui de l'arbre 1 Cet alésage s'élargit pour former une partie intermédiaire évidée comportant un épaulement 11 s'étendant radialement et il comporte une partie arrière conique 12 Plusieurs vis de blocage radial 13 réparties circonférentiellement sont disposées dans des trous filetés correspondants 14 ménagés dans la partie de la bague 9 qui comporte le trou conique 12. Une bague fendue longitudinalement 15,comportant un trou d'un diamètre légèrement plus grand que le diamètre de l'arbre 1 et présentant une surface extérieure 16 qui correspond à la partie conique 12 du trou de la bague extérieure 9,est logée dans cette partie conique 12 Plusieurs trous a bord fraisé 17 sont ménagés dans la bague fendue 15,ces trous 17 corres- pondent circonférentiellement en position aux vis de blocage 13 mais sont décalés axialement par rapport à celles-ci de manière que chacune des vis 13 entre en contact avec le côté 18, incliné vers l'intérieur de la partie fraisée d'un trou 17 Une bague de garnissage 19 en graphite expansé est logée dans la partie évidée 11 du trou de la bague 9 tandis qu'une bague d'appui 20 est logée entre cette bague de garnis- sage 19 et l'extrémité intérieure de la bague fendue 15. 2504 232 Pour assembler le joint à soufflet décrit ci-dessus, le siège 3 est fixé sur le carter 2 et il est scellé sur celui-ci par l'intermédiaire de la bague 4 en graphite expan - sé,d'une manière connue L'élément d'étanchéité 5,la bague de retenue 6,le soufflet 7 et l'ensemble de bagues d'entraine- ment 8 sont ensuite mis en place sur l'arbre 1 et, lorsqu'ils sont en place,l'ensemble de bagues d'entratnement 8 est bloqué et scellé sur l'arbre 1 par l'intermédiaire des vis de blocage 14 A mesure que chacune des vis de blocage 14 est serrée contre le côté incliné 18 du trou à bord fraisé 17 associé,la bague fendue 15 se déplace axialement par rapport à la bague extérieure 9 en direction de l'épaulement 11 Lors- que la bague fendue 15 se déplace axialement par rapport à la bague extérieure 9,les surfaces coniques 12 et 16 sont amenées en contact circonférentiel continu,en bloquant ainsi la bague extérieure 9 par rapport à la bague fendue 15 En même temps,la bague fendue 15 est poussée par les vis 13 au contact de l'arbre l,bloquant ainsi l'ensemble en posi- tion sur l'arbre 1 Le mouvement axial de la bague fendue 15 comprime aussi axialement la bague de garnissage 19 - entre l'épaulement 11 et la bague d'appui 20,provoquant ainsi une expansion radiale de la bague de garnissage 19 contre la surface de l'arbre 1 et contre la surface de trou 10 de la bague 9 ce qui établit un joint étanche au fluide. Dans l'agencement d'arbre décrit ci-dessus,l'ensem- ble de bagues d'entraînement 8 est bloqué sur l'arbre 1 sur la totalité de la surface du trou de la bague fendue 15 - Il en résulte qu'il ne se produit aucune déformation de l'ar- bre 1 de nature à causer des difficultés lors du remplacement de l'élément d'étanchéité 5,comme cela serait le cas pour les joints utilisés jusqu'à maintenant et dans lequel le blocage est assuré par un contact ponctuel des extrémités des vis de blocage radial avec l'arbre En utilisant des bagues de garnissage 4 et 19 en graphite expansé pour assurer l'étanchéité à la fois du siège 3 et de l'ensemble de bagues d'entraînement 8,le-joint décrit ci-dessus peut être utilisé en toute sécurité dans une large gamme de températures. 2504 232 Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3,la bague extérieure 9 est pourvue d'un contre- alésage 25 cylindrique lisse Une bague intérieure fermée 26 à section en L,comportant une collerette 28 dirigée vers l'intérieur,est usinée de manière à pouvoir être emmanchée de façon serrée dans le contre-alésage 25 de la bague ex térieure 9 La bague intérieure 26 est pourvue d'une série de dépressions coniqu W esdans sa surface cylindrique, ces dépressions coniques 29 sont placées de manière à coopérer d'une manière semblable aux trous à bord fraisé 17 qui ont été décrits en référence au mode de réalisation de la figure l,avec une série de vis radiales 13,qui sont engagés dans des trous filetés 14 ménagés dans la partie contre- alésée de la bague extérieure 9 Comme indiqué sur la figure 3,l'ensemble de bagues d'entraînement est monté sur l'arbre 1 avec la bague intérieure 26 placée dans le contre-alésage de la bague extérieure 9 eune bague d'étanchéité 19 en graphite expansé étant disposée entre l'épaulement 11 de la bague extérieure 9 et la collerette 28 de la bague intérieure 26 Du fait que la collerette 28 est continue il n'est pas nécessaire d'utiliserdans ce mode de réalisation, la bague d'appui 20 intervenant dans le mode de réalisation de la figure 1. Lorsque les vis radiales 13 sont serrées contre la surface inclinée des dépressions coniques 29,la bague intérieure 26 se déplace axialement en direction de l'épaule- ment 11 de la bague extérieure,en comprimant ainsi la bague d'étanchéité 19 pour établir un joint étanche entre les surfa- ces opposées de l'arbre et de la bague extérieure 9 En même temps la bague intérieure 26 est déformée radialement de sorte que les dépressions coniques 29 sont amenées en contact de blocage avec l'arbre 1. Bien que,dans ce mode de réalisation,la bague intérieure 26 soit seulement bloquée sur l'arbre 1 sur une zone de surface relativement petite,par comparaison au mode de réalisation représenté sur la figure l, la déformation de l'arbre est encore bien plus petite que celle résultant de 2504 232 l'utilisation de vis radiales assurant le blocage directement sur l'arbre,comme c'était le cas par le passé. Différentes modifications peuvent être envisagées sans sortir du-cadre de la présente invention, Par exemple, bien que,dans les modes de réalisation décrits ci-dessus des surfaces inclinées soient prévues sur la surface exté- rieure de la bague intérieure,on pourrait,en variante, pourvoir les vis radiales de parties extrêmes coniques qui entreraient en contact avec des parties verticales de la bague intérieure Egalement bien que l'ensemble de ba- gues d'entraînement décrit ci-dessus soit utilisé en coopéra- tion avec des soufflets métalliques,ledit ensemble pourrait être utilisé avec d'autres types de joints radiaux mécaniques qui utilisent des enveloppes étanches autres que des souf- flets L'ensemble de bagues d'entraînement pourrait également être utilisé pour retenir le siège 3 dans le cas o il serait monté pour tourner avec l'arbre 1 au lieu d'être placé dans une relation fixe par rapport au carter ou bien de maniè- re à assurer l'étanchéité,par exempled'un manchon sur un arbre. 2504 232 REVENDICATIONS 1.3 oint d'arbre comprenant un élément d'étanchéité ( 5) et un ensemble de bagues d'entraînement ( 8)servant à monter l'élément d'étanchéité par rapport à un arbre (l)pour qu'il tourne avec lui,caractérisé en ce que ledit ensemble de bagues d'entraînement( 8)est agencé pour être monté autour d'un arbre,comprend:une bague extérieure ( 9) dont l'alésage est élargi en direction d'une extrémité de manière qu'un épaulement s'étendant radialement ou essentiellement radialement soit prévu sur une partie de sa longueur;une bague intérieure ( 15, 26)radialement déformable,disposée coaxialement à la bague extérieure et placée dans la partie élargie de l'alésage de celle-ci;et une bague d'étanchéité ( 19) logée dans la partie élargie de l'alésage de la bague extérieure entre son épaule- ment 511) et l'extrémité opposée de la bague intérieure; plusieurs vis radiales ( 13)réparties circonférentiellement et engagées dans des trous filetés ( 14) correspondants ménagés dans la partie de la bague extérieure ( 9)qui entoure la bague intérieure ( 15; 26)de façon qu'elles puissent être serrées contre la surface extérieure de la bague intérieure, les surfaces de contact des vis et de la bague intérieure étant mutuellement inclinées de façon qu'un serrage des vis contre la bague intérieure,iorsque l'ensemble est posi- tionné autour d'un arbre,pousse la bague intérieure ( 15; 26) de façon à la faire déplacer axialement en direction de l'épaulement ( 11) de la bague extérieure ( 9),en comprimant ainsi la bague d'étanchéité ( 19) positionnée entre elles et en faisant en sorte que cette bague d'étanchéité se dilate radialement pour entrer en contact étanche avec les surfaces opposées de l'arbre et de la bague extérieure,tandis que simultanément lesdites vis ( 13) déforment la bague intérieure ( 15,26) pour l'amener en contact de blocage avec l'arbre. 2.3 oint d'arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque vis ( 13) entre en contact avec une partie inclinée de la surface extérieure de la bague intérieure,ladite partie inclinée étant disposée sur le c&té 2504 232 de la vis qui est le plus rapproché de l'épaulement de la bague extérieure. 3.Joint d'arbre selon la revendication 2,carac- térisé en ce que chaque partie inclinée 18 de la surface de la bague intérieure 15 est constituée par un évidement conique ( 17,29)une série d'évidements coniques étant ménagés dans la bague intérieure de façon à correspondre circonférentiellement aux positions des vis ( 13). 4 Joint d'arbre selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie inclinée de la surface de la bague intérieure est pourvue d'une rainure circonférentielle 29 à section en V. Joint d'arbre selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4,caractérisé en ce que la bague intérieure 15 est fendue de manière à permettre sa déformation radiale. 6 Joint d'arbre selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est prévu une bague annulaire d'appui ( 20)entre la bague d'étanchéité ( 19) et la bague intérieure fendue ( 15). 7 Joint d'arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,caractérisé en ce que le trou de la bague intérieure et la surface extérieure de la bague intérieure sont coniques, en diminuant de diamètre en direction de l'épaulement 11 de la bague extérieure 9,de telle sorte que,lorsque la bague intérieure 16 est déplacée axialement en direction de l'épaulement de la bague extérieure, les surfaces opposées des bagues intérieure et extérieure sont amenées en contact circonférentiel continu l'une avec l'autre afin de bloquer ainsi la bague extérieure par rapport à la bague intérieure et par conséquent par rapport à l'arbre. 8 Joint d'arbre selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bague intérieure est formée par un anneau fermé de section droite réduite. 9 Joint d'arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,caractérisé en ce que la bague d'étan- chéité est formée de graphite expansé. 2504 23 Z 10.Joint d'arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,caractérisé en ce qu'un soufflet métallique est fixé par une extrémité sur la bague extérieure de l'ensemble de bague d'entraînement et par son autre extrémité sur un élément d'étanchéité.