Brevet FR2518199A1 — publié le 19830617

L'invention a trait, dans la plus grande généralité de son danaine d'application ment assurant une liaison rigide mais amovible entre deux pièces coaxiales, par exemple deux arbres ou deux tiges ayant à transmettre des couples de rotation, de traction, de compression ou des efforts de flexionet également à l'utili- sation d'un tel accouplement entre un arbre et un joint de cardan le prolongeant et/ou lesparties d'un arbre articulé. On rencontre couramment des accouplements de ce type dans la grande mécanique sous le nom d'accouplement à disque Les deux extrémités des pièces à relier, généralement des arbres tournants, sont exécutés sous forme de brides comportant un centrage La transmission du couple dé rotation se fait, soit par l'utilisation de vis assurant la liaison entre les brides, clavettes trans- versales, goupilles axiales, ou encore par dentures fronta- les. Un accouplement de ce type est bien connu par la publication DE-OS 27 31 306 L'élongation radiale de la bride frontale présente cependant des incon- vénients dans le cas d'implations nécessitant un encombre- ment réduit, et un montage des vis très soigné est indispen- sable Un autre accouplement est encore divulgué par la pu- blication DE-OS 2 201 539, dans lequel les deux extrémités d'arbres sont coniques et serrées l'une contre l'autre au moyen de pièces de serrage axial; ce type de construction n'est cependant adapté qu'à des couples de rotation faibles et n'entre pas en ligne de compte pour la grande mécanique. Selon la publication DE-PS 440 816, on connaît un accouplement qui transmet le couple de rotation grâce à un crantage de Hirth L'effort axial qui en résulte est absorbé par deux manchons fixés aux extrémités des arbres et qui, eux-mêmes sont serrés l'un par rapport à l'autre par un écrou annulaire Cette disposition constructive apporte déjà une réduction du dia- mètre extérieur, mais entraîne aussi de grosses difficultés de montage pour les arbres,et donc filetages,de gros diamè- tres Cette construction n'est adaptée qu'a de petits accou- plements. 18199 Un accouplement bien connu est décrit aussi dans la publication DE-PS 1 575 755; les deux extrémités d'arbres comportent une bride; le couple de rota- tion est transmis par des clavettes parallèles fixées par vis. L'effort axial est absorbé par un fourreau fretté, celui-ci étant glissé à chaud sur les brides à denture extérieure de l'accouplement et dont les épaulements tournés radialement vers l'intérieur viennent s'appuyer après une légère rotation et refroidissement du fourreau sur les bords arrières des brides Son inconvénient réside dans la nécessité de réaliser une denture sur les brides et sur la frette, de même que dans l'importance de l'encombrement axial nécessaire lors du mon- tage. L'invention a donc pour but de proposer à un coût de production avantageux, un accouplement assurant une liaison rigide mais amovible entre deux pièces coaxiales et réalisant la transmission dans lès deux sens de couples de rotation, d'efforts de traction, compression et flexion Le diamètre extérieur de l'accouplement doit cepen- dant rester aussi faible que possible, de manière à ce qu'il ne dépasse pas, notamment dans le cas d'une liaison avec un arbre articulé, le diamètre-de rotation d'un joint de cardan supportant le même couple de rotation. Le but précité est atteint, selon la présente invention, grâce à un accouplement destiné à assurer une liaison rigide transmettant aussi bien les cou- ples de rotation que les efforts de traction ou de compres- sion, entre deux pièces coaxiales, arbre ou tige par exemple, ledit accouplement étant principalement caractérisé en ce que les extrémités de pièces à accoupler sont réalisées sous for- me de brides de demi-accouplement, les moitiés d'accouplement comportent un centrage, la surface frontale des brides présen- te une denture destinée à transmettre les couples de rotation, les brides sont enserrées dans un dispositif de serrage com- portant à ses extrémités des épaulements saillants vers l'in- térieur en appui sur la face arrière des brides, le disposi- tif de serrage exerce après montage à chaud un effort de ser- rage axial et par le fait que le dispositif de serrage comporte au moins deux griffes de serrage qu'on peut glisser à chaud par dessus les brides. L'effort axial, qu'il faut appliquer pour transmettre le couple de rotation au moyen de la denture frontale, est réalisé, -conformément à une dispo- sition constructive préconisée dans l'invention par un- dispositif de serrage constitué par au moins deux griffes en forme de coquilles cylindriques et deux épaulementssitués à leur partie frontale Ces griffes de serrage, appelées encore manchons de serrage axial, recouvrent les deux moitiés de l'accouplement réalisées sous forme de brides L'écarte- ment axial intérieur séparant les épaulements des griffesàde serrage est, à chaud, supérieur à la distance axiale des bords arrières de brides lorsque l'accouplement est assemblé De cette façon il est possible de glisser radialement-les man- chons de serrage axial par-dessus les brides de manière à ce que ceux-ci réalisent un accouplement rigide par serrage axial après refroidissement. L'avantage de cet accouplement conforme à l'invention réside dans la simplicité du montage. L'usinage des extrémités d'accouplement en forme de brides aussi bien que celui des manchons de serrage axial eux-mêmes, se fait par tournage Grâce à celà, on peut obtenir une gran- de précision et des fabrications bon marché sur machines au- tomatiques Une denture et le perçage de trous de positionne- ment sur les brides ne sont pas nécessaires Du fait que le couple de rotation est transmis par le crantage Hirth, le manchon de serrage axial n'augmente le diamètre extérieur que de l'épaisseur de paroi nécessaire à la réalisation matériel- le augmentée d'un facteur de sécurité On est parvenu, de cette façon, à faire en sorte que, notamment dans le cas de liaisons avec un arbre articulé, le diamètre de rotation du joint définit lui-même le plus grand diamètre On a également atteint, de cette façon, une plus grande facilité de réalisa- tion des fourches d'articulation, du fait que l'opération coûteuse de reforgeage des brides disparaît Les pièces d'ar- ticulation sont, dans ces conditions, plus faciles à ajuster sur l'accouplement par tournage. L'invention présente également des avantages, par exemple pour des trains de tiges dont le plus grand diamètre extérieur peut être réduit avec ce man-. chon de serrage axial associé à une denture frontale Cet accouplement s'avère particulièrement avantageux dans le cas de pièces o la place disponible radialement pour le montage est réduite L'accouplement conforme à l'invention ne requiert qu'une possibilité d'accès radial aux moitiés d'accouplement à relier, et s'avère montable dans toutes les positions angulaires Les travaux de mesures et d'ajustage disparais- sent. Bien que la fonction de l'accou- plement soit parfaitement assurée par l'ajustement fretté ri- gide des manchons de serrage axial, il peut s'avérer néces- saire, dans le cas de pièces en rotation, d'assurer les man- chons de serrage axial contre le détachement sous l'effet-de la force centrifuge. Suivant des caractéristiques secondaires, les griffes de serrage sont assurées contre un glissement radial-en fonctionnement par au moins une bague en une seule pièce; le dispositif de serrage est entouré d'une bague réalisée en une ou plusieurs pièces qui s'appuie sur la face frontale des griffes de serrage, enserre celle-ci avec un épaulement la recouvrant axialement; les griffes de serrage sont assemblées par soudure ou brasage au niveau de leur plan de joint pour assurer une sécurité contre le glis- sement radial lors du fonctionnement-; les griffes de serrage sont fixées au moins à l'une des moitiés de l'accouplement, par exemple à l'aide de vis, pour assurer une sécurité contre le glissement radial en fonctionnement De telles dispositions constituent des moyens de réaliser les sécurités précitées. Les griffes-de serrage peuvent être entourées d'une bague fixée et réalisée en une seule partie, ou alors on fixerà côté des griffes de serrage une bague réalisée en une ou plusieurs parties enserrant celles- ci au moyen d'un épaulement La possibilité de réaliser les griffes de serrage avec des plans de joint au niveau desquels on réalisera un brasage ou une soudure pour assembler les divers éléments des manchons existe également On peut encore assurer cette sécurité contre un détachement intempestif, en fixant les griffes de serrage sur une ou deux moitiés d'accou- plement avec, par exemple, des vis. Selon une autre caractéristique secondaire, le bord arrière des moitités d'accouplement est réalisé coniquement de telle sorte que les brides s'affinent vers l'intérieur et que les griffes de serrage qui les enser- rent présentent des épaulements saillants vers l'intérieur d'une épaisseur croissante à l'intérieur vers-le dos des bri- des; on réalise ainsi les épaulements des manchons de ser- rage axial et les dos des brides des moitiés d'accouplement en forme de queues d'aronde Une sécurité supplémentaire ne s'avère pas nécessaire dans ce cas, Une autre solution pour assurer cette sécurité est donnée. Selon une autre caractéristique secondaire sensiblement équivalente à la précédente, les deux moitiés d'accouplement présentent des rainures radiales der- rière les brides, la griffe de serrage entrant dans ces rai- nures, grâce à ses épaulements tournés vers l'intérieur; ainsi les épaulements radiaux pénètrent dans les gorges des demi-accouplements prévues à cet effet, et ils sont, par con- séquent, contrariés pour s'ouvrir par déformation. Selon d'autres caractéristiques secondaires les deux moitiés d'accouplement sont tubulaires et les faces dos à dos des brides sont saillantes vers l'in- térieur Ces brides sont serrées l'une contre l'autre par des griffes de serrage présentant des épaulements extérieurs enserrant axialement les brides saillantes vers l'extérieur et s'appuyant sur leur plus petit diamètre; en outre un noyau central ou un fourreau est monté de façon rigide sur les brides pour assurer le maintien en place des griffes de serrage Suivant cette disposition constructive de l'accou- plement dans laquelle le manchon de serrage axial est monté à l'intérieur des deux moitiés d'accouplement, la sécurité est obtenue grâce à un goujon ou une douille intérieure. Selon d'autres caractéristiques secondaires les brides des deux moitiés d'accouplement se - 18199 présentent sous forme de bague fixée sur les moitiés d'accou- plement à solidariser et comportent une denture frontale; on a ainsi remplacé la bride du demi-accouplement par une bride annulaire ou une bague de type normalisé fixée aux moitiés d'accouplement et portant la denture frontale. Suivant une autre caractéris- tique secondaire la surface des brides tournée vers les grif- fes de serrage présente dans sa partie centrale un évidement de telle sorte que la griffe de serrage n'a de contact axial qu'avec la bride et de contact radial seulement à proximité des brides et dans la zone de la denture frontale Il résulte de cette disposition grace à des gorges appropriées que l'on assure une saine adhérence lors du frettage. On notera qu'un accouplement comportant au moins l'une quelconque des caractéristiques précitées peut suivant l'invention assurer la-liaison entre une articulation et une pièce de machine destinée à trans- mettre un couple de rotation notamment sur un arbre articulé. i- La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparattront à la description qui va être faite en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles l 'accouplement 1 ' accouplement l'accouplement chon à serrage l 'accouplement l 'accouplement l 'accouplement la fig 1 est une coupe de entre un arbre tubulaire et un joint-de cardan, -la fig 2 est une coupe de avec brides fixées individuellement, la fig 3-est une coupe de avec épaulements en forme de queues d'aronde, la fig 4 est une vue du man- axial avec sécurité par soudure ou brasage, la f ig 5 est une coupe de avec gorges radiales, la fig 6 est une coupe de avec bague d'ajustage, la fig 7 est une coupe de avec manchon de serrage axial intérieur, la f ig 8 est une vue frontale de l'exécution de la fig 7, et l 'accouplement la fig 9 est une coupe de dans sa version étanche. La f ig 1 représente sous les repères 1, 2 deux moitiés d'accouplement dont les extrémités se présentent sous forme de brides Dans l'exempleprésent, il s'agit d'un joint de cardan 30, fixé à un arbre 31 - Les brides 3,4 présentent sur leurs faces situées vis-à-vis, une denture frontale qui peut être un crantage de Hirth 5. Les faces se tournant le dos réalisent des surfaces planes_ dont le diamètre extérieur n'est que légèrement supérieur à celui des demiaccouplements -Une griffe de serrage ou manchon de serrage axial 6 présentant des épaulements 7 sur ses parties frontales enserre les deux brides La côte libre entre les épaulements intérieurs est choisie de telle sorte qu'elle soit inférieure à froid mais supérieure à chaud à la côte b, ce qui rend possible le montage par glissement radial jusqu'à venir en butée sur le diamètre extérieur des brides 3,4 Après refroidissement, le manchon de serrage axial prend la côte b et exerce, par déformation élastique, un effort axial -qui maintient les deux moitiés d'accouplement serrées l'une con- tre l'autre au niveau de la denture Le repère 8 identifie une bague montée à froid ou encore par frottage et assurant la sécurité de manchon de serrage axial. La fig 2 représente une bague de sécurité 9 réalisée en une ou plusieurs parties, présen- tant un épaulement axial 10, fixée sur une moitié d'accouple- ment, par exemple avec un jonc 11 Après montage, on pousse la bague 9 et son épaulement 10 sur le manchon de serrage axial, empêchant ainsi que le manchon de serrage axial ne se détache On:a représenté aussi une exécution dans laquelle la bride ne forme pas une seule pièce avec la moitié d'accou- plement 1 Dans cette exécution, elle se présente sous la forme d'une couronne dentée 14 portant un crantage 15 et fixée sur le demi-accouplement grâce au centrage 15 et les vis 16. Une contre-bride 14 est également fixée sur l'autre moitié d'accouplement 2 Conformément à la représentation de la moi- tié droite de la page, la moitié d'accouplement 6 peut enser- rer directement les brides 14, ou bien elle peut conformément à la représentation de la moitié gauche de la page, comporter une bride 4 de manière à ce que le manchon de serrage axial enserre à la fois les brides et les couronnes dentées. La figure 3 représente une exé- cution de l'accouplement dans laquelle l'épaisseur des brides 3,4 augmente avec le rayon alors que l'épaisseur dés épaule- ments 13 du manchon de serrage axial diminue d'autant Cette exécution est à prendre en compte dans le cas de montages oû un manchon de serrage axial 12 relativement long doit être prévu Lors d'un échauffement, celui- ci se dilate davantage, ce qui permet de glisser les épaulements 13 en queue d'aronde par-dessus les rebords correspondants des brides Cette exécu- tion rend superflue une sécurité supplémentaire contre le déta- chement du manchon d'accouplement axial. La fig 4 donne une vue du plan de joint du manchon de serrage axial 6, qui est éxécutée, dans cet exemple de réalisation, en deux parties sur la totalité de la circonférence Les deux moitiés 6 a et 6 b du manchon de serrage axial, sont maintenus ensemble à l'aide de la soudure 18. g Des rainures radiales 18 posi- tionnées derrière les brides 3,4 des demi-accouplements 1,2 et d'une largeur identique à celle des épaulements 7 existent dans l'exemple d'exécution représenté en fig 5. Par cette disposition, on arri- ve grâce à cette forme géométrique, à éviter l'ouverture et le décalage angulaire des brides pendant le fonctionnement, le manchon de serrage axial gardant parfaitement sa position. L'accouplement, conforme à l'invention, peut être monté et démonté à souhait Pour cela, il faut d'abord écarter la sécurité considérée puis retirer par échauffement, le manchon de serrage axial de son assise. On peut ainsi remonter les moitiés d'accouplement correspon- dantes dans n'importe quelle position angulaire, et également procéder au remplacement de n'importe quelle pièce de rechan- ge On peut compenser d'éventuelles tolérances de montage par la mise en place de bagues de tolérance conformément à la fig 6 Une telle bague 28 peut être fabriquée en une ou deux parties selon le mode de réalisation du demi-accouplement, fi- xé par frettage Il peut aussi se faire que les deux moitiés d'accouplement possèdent une telle bague d'ajustage présentant sur la bride de l'accouplement comme sur la bride 7 du manchon de serrage axial 6 une queue d'aronde conformément à la fig 3. Les fig 7 et 8 montrent un exem- ple de réalisation de l'accouplement adapté à des cas particu- liers Les demi-accouplements 21 et 22 y sont tubulaires Ils comportent des brides intérieures 23 et 24 Une denture fron- tale 25 assure la transmission du couple de rotation Les brides 23 et 24 sont enserrées dans des manchons de serrage axial 26, qui sont repoussées à chaud de l'intérieur vers l'extérieur Comme on peut le voir sur la fig 8, on arrive, en donnant une forme appropriée aux plans de joint du manchon de serrage axial, à fixer sur la plus grande partie au moins du pourtour des brides, des manchons de serrage axial On assure une sécurité contre le démontage intempestif en cours de travail en introduisant un fourreau 27. Pour assurer une assise sure des manchons de-serrage axial sur le diamètre des brides, on a prévu de rapporter des gorges sur les surfaces de portée cylindriques De ce fait, le manchon de serrage axial est guidé radialement par les deux brides au niveau du joint d'as- semblage - notamment de la denture 5,25 de même qu'au niveau des épaulements 7, 13 L'avantage de cette mesure réside dans le fait que, lors du montage, le manchon de serrage axial se refroidit plus régulièrement au cours du frettage et entraîne une répartition des efforts axiaux sur la circonférence plus réguliers et une meilleure assise Cette mesure augmente en même temps la sécurité contre un démontage intempestif en cours d'utilisation Dans cette disposition constructive- le manchon de serrage axial s'échauffe davantage lors du dé- montage, car il se dégage moins de chaleur à l'intérieur des brides. L'accouplement décrit ne convient pas seulement pour des moitiés d'accouplement ayant à transmet- tre un couple de rotation au moyen d'une denture frontale. Son emploi pour des pièces devant transmettre un couple de ro- tation seulement par friction est possible, D'autre part, l'application ne se limite pas seulement à des pièces circu- laires. La fig 9 donne un autre exemple des nombreuses possibilités d'application Elle représente un assemblage par manchon de serrage axial 6 semblable à ce qui a été décrit De plus, les moitiés d'accouplement 1,2 compor- tent des saignées radiales 33 dans la zone comprise entre la denture frontale 5 et les brides 3,4 et dans lesquelles se trouvent des joints d'étanchéité 34 Un fourreau 32 recouvre les deux joints d'étanchéité, ce qui permet de rendre l 'accou- plement étanche aux pressions intérieures ou à la perte d'un corps intérieur aux demi-accouplements 1,2 de formes tubulaires. Une particularité de la réalisa- tion des manchons de serrage axial réside encore dans le fait que pour obtenir une sécurité de fonctionnement encore plus importante, on pourra réaliser une assise précise du manchon de serrage axial en choisissant un diamètre intérieur du manchon inférieur à celui du diamètre extérieur des brides. Le manchon de serrage axial se porte au diamètre des brides par échauffement, et lors du refroidissement, la frette vient s'appliquer sur le pourtour des brides Il se produit donc un frettage à la fois axial et circonférentiel. R E V E N D I C A T I O N S' __________ ________________ 1. Accouplement destiné à assurer une liaison rigide et à transmettre aussi bien des couples de rotation que des efforts de traction ou de compression entre deux pièces coaxiales, par exemple arbres ou tiges, caractérisé-: en ce que: a) les extrémités de pièces à accoupler ( 1,2) sont réalisées sous forme de brides( 3,4) de demi-accouplement, b) les moitiés d'accouplement comportent un centrage, c) la surface frontale des bri- des présente une denture ( 5) destinée à transmettre les couples de rotation, d).les brides sont enserrées dans un dispositif ( 6) ou griffes de serrage comportant à ses extrémités des épaulements ( 7) saillants vers l'in- térieur en appui sur la face arrière des brides, e) le dispositif de serrage exerce après montage à chaud un effort de serrage axial, f) le dispositif de serrage comporte au moins deux griffes de serrage ( 6) qu'on peut glisser à chaud par dessus les brides; 2. Accouplement selon la revendication 1, caractérisé: en ce que les griffes de serra- ge ( 6) sont assurées contre un glissement radial en exploi- tation par au moins une bague ( 8) en une seule pièce; 3. Accouplement selon la revendication 2, caractérisé: en ce que le dispositif de ser- rage est entouré d'une bague ( 9) réalisée en une ou plu- sieurs pièces qui s'appuie sur la face frontale des griffes de serrage ( 6), enserre celle-ci avec un épaulement la recouvrant axialement; 18199 4. Accouplement selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que les griffes de serrage ( 6) sont assemblées par soudure ou brasage au niveau de leur plan de joint ( 18) pour assurer une sécurité contre le glissement radial lors de l'exploitation; 5. Accouplement selon l'une des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que les griffes de serra- ge ( 6) sont fixées au moins à l'une des moitiés de l'accou- plement, par exemple à l'aide de vis, pour assurer une sé- curité contre le glissement radial en exploitation; 6. Accouplement selon l'une des revendicationsi à 5, caracté- risé en ce que le bord arrière des moitiés d'accouplement ( 1,2) est réalisé coniquement de telle sorte que les brides ( 3,4) s'affinent vers l'inté- rieur et que les griffes de serrage-(li) qui les enserrent présentent des épaulements saillants vers l'intérieur d'une épaisseur croissante à l'intérieur vers le dos des brides; - 7. Accouplement selon l'une des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que les deux moitiés d'ac- couplement ( 1,2) présentent des rainures radiales derrière les brides ( 3,4), la griffe de serrage ( 6) entrant dans ces rainures grâce à ses épaulements tourné vers lrinté- rieur; 8. Accouplement selon le principe de base de la revendication 1, caractérisé: en ce que les deux moitiés d'ac- couplement ( 21,22) sont tubulaires et que les faces dos à dos des brides sont saillantes vers l'intérieur; ces bri- des sont serrées l'une contre l'autre par des griffes de de serrage ( 26) présentant des épaulements extérieurs enserrant axialement les brides saillantes vers l'exté- rieur et s'appuyant sur leur plus petit diamètre 9. Accouplement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un noyau central ou un fourreau ( 27) est monté de façon rigide sur les brides ( 23,24) pour assurer le maintien en place des griffes de serrage (? 6); - 10. Accouplement selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ceque les brides des deux moitiés d'accouplement ( 1,2,21,22) se présentent sous forme de bague 12 fixée sur les moitiés d'accouplement à solidariser et comportent une denture frontale ( 5,25); 11. Accouplement selon les revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la surface des brides ( 3,4,23,24,14) tournés vers les griffes de serrage présen- te dans sa partie centrale un évidement ( 17) de telle sor- te que la griffe de serrage ( 6,12,26) n'a de contact axial qu'avec la bride et de contact radial seulement à proximi- té des brides et dans la zone de la denture frontale 12. Utilisation d'un accouplement selon l'une des revendica- tions de 1 à 11 pour assurer la liaison entre une articu- lation ( 30) avec une pièce de machine ( 1) adaptée pour transmettre un couple de rotation notamment sur un arbre articulé.