Brevet FR2542392A1 — publié le 19840914

L'invention concerne la fixation de pignons ou roues dentées sur des axes dans des dispositifs tels que des pompes à engrenage et d'autres applications similaires qui sont le siège de charges extrêmes L'invention concerne plus particulièrement la retenue ou la fixation axiale de pignons sur des axes qui fléchissent périodiquement sous l'effet de vibrations et de chocs ou d'autres conditions de travail inhabituellement sévères. Ainsi qu'il est bien connu de l'homme de l'art, tout usinage ou toute élimination notable de métal d'un pignon ou d'un axe accroît le risque de défaillance par fatigue de l'élément affecté C'est la raison pour laquelle un procédé courant pour assembler un pignon et un axe con- siste à emmancher par retrait le pignon sur l'axe Ce procédé implique de donner au diamètre intérieur du pignon une valeur légèrement plus petite que le diamètre de l'axe, et de chauffer le pignon à plusieurs centaines de degrés C. Dans le même temps, l'axe est refroidi et introduit dans l'alésage du pignon Lorsque les températures commencent à devenir égales, la dilatation de l'axe et le retrait du pignon provoquent l'assemblage des éléments, assemblage dans lequel la zone de contact entre l'axe et le pignon est soumise à des forces de compression constantes. Ce moyen particulier a donné satisfaction pour la fixation radiale d'un pignon sur un axe dans des envi- ronnements mettant en jeu des charges relativement normales, o les seules forces importantes tendent à faire tourner le pignon par rapport à l'axe Cependant, dans une pompe à engrenage et dans d'autres applications soumises à des charges radiales importantes, une flexion périodique de l'axe en rotation provoque un évasement de l'alésage du pignon Ce dernier phénomène a souvent pour résultat un déplacement axial du pignon le long de l'axe, provoquant une défaillance de la pompe à engrenage et/ou de tout autre appareil. Malgré le risque accru de défaillance par fati- gue, des moyens classiques de fixation axiale de pignons ou roues dentées sur des axes, pour éviter le déplacement de ces derniers sous l'effet de charges extrêmes, ont consisté à utiliser des clavettes, des goupilles, des an- neaux élastiques et d'autres mécanismes de maintien axial nécessitant un usinage localisé Il en est résulté, pour les systèmes à pignon et axe utilisés dans des environne- ments à charges importantes, de courtes espérances de vie limitées par la fatigue. L'invention améliore la fixation axiale d'un pignon ou d'une roue dentée sur un axe tout en allongeant la durée de vie en fatigue du système pignon-axe Selon l'invention, l'axe comporte un tronçon de diamètre réduit concentriquement, situé entre ses extrémités Un pignon est positionné fixement au-dessus du tronçon réduit Etant donné que les extrémités extérieures de l'axe ont un plus grand diamètre, ses extrémités intérieures forment des parois annulaires opposées de retenue qui agissent de façon à positionner fixement le pignon entre elles, au- dessus du tronçon de diamètre réduit de l'axe. Dans une forme préférée de réalisation, le pignon est également emmanché à retrait sur l'axe afin d'améliorer la fixation radiale et en torsion Une réduction radiale avantageuse du tronçon intermédiaire est d'un millième de centimètre pour chaque centimètre du diamètre des extré- mités extérieures de l'axe. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une pompe à engrenage comportant deux ensembles complé- mentaires à pignon et axe fabriqués selon l'invention; la figure 2 est une coupe de la pompe à engrenage suivant la ligne 2-2 de la figure 1; et la figure 3 est une élévation à échelle agrandie, avec coupe partielle, de celui, supérieur, des deux ensem- bles à pignon et axe représentés sur la figure 2. Une pompe à engrenage 10, représentée sur la figure 1, comprend des pignons menant et mené 12 et 14, respectivement Ces pignons 12 et 14 sont constamment en prise et ils tournent comme indiqué par des flèches afin de faire circuler un fluide d'un orifice 16 d'aspiration vers un orifice 18 de refoulement Les pignons 12 et 14 tournent à l'intérieur d'un corps 11, dans des alésages intérieurs 20 et 22, respectivement, de façon à transporter un fluide dans des-poches 24 en mouvement définies par des parois 26 des alésages 20 et 22 et des espaces 27 délimités entre des dents d'engrenage 28. Comme représenté sur la figure 2, les pignons menant et mené 12 et 14 sont montés fixement sur des axes menant et mené 30 et 32, respectivement, chaque axe étant monté de façon à pouvoir tourner dans des paliers classi- ques 34 On peut voir que l'axe menant 30 présente une extrémité cannelée 35 (qui peut comporter des clavettes ou d'autres éléments d'accouplement, non représentés) lui permettant d'être relié à un générateur de force motrice. Un jeu de plaques 36 de pression est poussé contre les côtés des pignons 12 et 14 par la pression d'un fluide dirigé axialement vers l'intérieur contre ces pla- ques, ainsi qu'il est connu de l'homme de l'art Les pla- ques 36 définissent, avec les parois 26 des alésages et les espaces 27 des dents 28 d'engrenage, les limites des poches mobiles précitées 24 qui transportent le fluide Des joints 38 empêchent toute fuite à l'extrémité cannelée 35 de l'axe menant 30; toutes les autres extrémités des axes sont logées à l'intérieur du corps 11 de la pompe 10 à engrenage. La figure 3 est une vue à échelle agrandie de l'axe mené 32 utilisé dans la pompe à engrenage 10 des figures 1 et 2 Comme mentionné précédemment, l'axe 32 porte un pignon mené 14 monté fixement sur cet axe Le pignon mené 14 comporte un moyeu 4 traversé par un alésage 8, et plusieurs dents 28 qui s'étendent radial Ement vers l'extérieur. La technique générale pour fixer un pignon sur un axe comprend des opérations distinctes pour assurer la fixation dans la dimension radiale et dans la dimension axiale Ainsi, les opérations communes produisant une action radiale empêchent le pignon de tourner autour de l'axe sous l'effet de chargés de torsion, tandis que les techniques de fixation axiale empêchent le pignon de se déplacer axialement le long de l'axe L'invention, qui porte sur ces dernières techniques, propose un dispositif perfection- né de fixation axiale, qui est nouveau dans le domaine des ensembles à pignon et axe. Comme indiqué précédemment, sous l'effet de fortes charges, le pignon peut, malgré sa fixation satisfaisante sur un axe, se déplacer le long de cet axe et quitter ainsi sa position Par conséquent, en référence de nouveau à la figure 3, l'axe 32 comporte un tronçon 40 de diamètre réduit situé entre des tronçons extérieurs 42 et 44 de cet axe. Ainsi qu'on peut le voir, le moyeu 4 est fixé sur l'axe, au-dessus du tronçon 40 de diamètre réduit, de préférence, bien que non nécessairement, par une technique d'emmanche- ment à retrait, décrite ci-après Le tronçon 40 de diamètre réduit de l'axe 32 est de préférence concentrique aux tronçons extérieurs 42 et 44 de cet axe et, par conséquent, tous les tronçons respectifs sont centrés sur un axe géomé- trique commun "A-A" Le tronçon 40 constitue donc un tron- çon de l'axe, intermédiaire entre les tronçons extérieurs 42 et 44, qui présente une diminution de rayon désignée ci-après réduction radiale 'C" (figure 3) - Le tronçon intermédiaire résultant 40 n'est que légèrement plus petit que les tronçons extrêmes extérieurs 42 et 44 qui, dans la forme préférée de réalisation, sont de même dimension (bien que cela ne soit pas nécessaire). Dans le cas d'axes de dimensions telles que les extrémités extérieures 42 et 44 ont un diamètre "B" compris entre 2,5 et 7,5 cm, une réduction radiale "C" d'une valeur égale à un millième de centimètre par centimètre de diamètre d'extrémité extérieure assure une fixation convenable d'un pignon sur un axe de pompe à engrenage La réduction radiale "C" est de préférence obtenue par une opération d'usinage, bien que d'autres moyens tels que le forgeage puissent convenir à cet effet. Ainsi, conformément à l'invention, il convient de noter que pour un diamètre "B" de 2,5 cm des extrémités 254239 ? extérieures 42 et 44 de l'axe, les parois annulaires et opposées 46 de retenue (formées par la différence entre les diamètres des tronçons extérieurs 42 et 44 et du tron- çon 40, de diamètre réduit, de l'axe 32) n'ont une dimen- sion radiale que de 0,025 mm Malgré leur dimension relati- vement petite, les parois 46 assurent une fixation axiale suffisante du pignon sur l'axe dans les milieux ordinaires d'utilisation d'une pompe à engrenage Il convient égale- ment de noter que dans le cas o l'amplitude de la réduc- tion radiale "C" est égale à 0,025 mm, le diamètre "D" du tronçon réduit 40 est égal à B-2 C Par conséquent, dans cet exemple, le diamètre du tronçon réduit 40 est en fait inférieur de 0,050 mm à "B" qui est le diamètre de 2,5 cm des extrémités extérieures 42 et 44. Les parois annulaires et opposées 46 de retenue présentent donc une dimension radiale qui est plus aisé- ment ressentie au toucher qu'à l'oeil, en particulier sur un axe dont les surfaces des tronçons intermédiaire et extérieurs présentent les mêmes traitements, par exemple sont hautement polies ou grossièrement rectifiées Cepen- dant, le tronçon 40 de diamètre réduit, lorsqu'il est formé par une étape d'usinage, constitue un moyen de fixa- tion axiale relativement peu coûteux, par lequel les parois annulaires 46 de retenue sont suffisantes pour fixer axia- lement et définitivement le pignon 14 sur l'axe 32. Une fixation radiale préférée du pignon sur l'axe consiste à utiliser des axes dont les diamètres extérieurs sont surdimensionnés par rapport au diamètre de l'alésage des pignons, par exemple de 0,033 à 0,058 mm pour un axe de 2,54 cm de diamètre Les éléments sont de préférence réalisés en acier à haute résistance ou en d'autres compo- sitions métalliques à forte teneur en carbone Le pignon 14 est chauffé à plusieurs centaines de degrés C,de préfé- rence à une température comprise entre 230 et 260 'C, ce qui provoque sa dilatation Dans le même temps, l'axe 32 est refroidi à une température comprise entre 180 et 210 'C au-dessous de zéro L'axe est ensuite mis en place dans l'alésage 8 et on permet aux températures des éléments de 2542392 1 s'équilibrer, ce qui provoque une dilatation de l'axe et un retrait du pignon A la fin de l'opération, on obtient un joint mécanique résistant du aux forces résiduelles de compression, donnant une fixation résistante à la torsion au pignon sur l'axe. Bien que la description précédente soit limitée à la fixation du pignon mené 14 sur l'axe mené 32, il est évident à l'homme de l'art que les mêmes données mécani- ques et la même description s'appliquent également à la fixation du pignon menant 12 sur l'axe menant 30. Enfin, comme décrit précédemment, le pignon et l'axe sont de préférence en métal, en particulier dans le cas o le pignon doit être emmanché à retrait-sur l'axe. Cependant, lorsque des matières non métalliques peuvent être dilatées par l'application de chaleur, sans fondre, et/ou qu'elles peuvent se contracter, lorsque la chaleur disparaît, sans devenir cassantes ni se rompre, il est concevable que de telles autres matières puissent égale- ment être utilisées conformément à l'invention. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'article décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Article fabriqué comprenant un axe ( 32) et un pignon ( 14) fixé sur cet axe et traversé par un alé- sage axial ( 8) dans lequel passe l'axe, caractérisé en ce que l'axe comporte un tronçon intermédiaire ( 40) de diamètre réduit situé entre ses extrémités ( 42, 44), de manière que les tronçons de l'axe disposés à l'extérieur du pignon définissent des parois axialement opposées ( 46) de retenue destinées à fixer le pignon sur le tronçon de diamètre réduit de l'axe. 2 Article selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon de diamètre réduit de l'axe est con- centrique aux tronçons extérieurs dudit axe. 3 Article selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tronçon de diamètre réduit de l'axe présente une réduction radiale (C) égale à environ un millième de centimètre pour chaque centimètre de diamètre des tronçons extérieurs de l'axe. 4 Article selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parois axialement opposées de retenue définis- sent des surfaces annulaires destinées à fixer axialement le pignon sur le tronçon de diamètre réduit de l'axe. Article selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pignon et l'axe sont réalisés en matières métalliques. 6 Article selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pignon est emmanché à retrait sur le tronçon de diamètre réduit de l'axe. 7 Article fabriqué comprenant un axe ( 32) et un pignon ( 14) qui lui est fixé et qui est traversé par un alésage axial ( 8), caractérisé en ce que l'axe comporte un tronçon ( 40) de diamètre réduit situé entre ses extré- mités ( 42, 44) et sur lequel l'alésage du pignon est fixé, les tronçons de l'axe disposés extérieurement au pignon définissant des parois, axialement opposées ( 46), de retenue destinées à fixer axialement le pignon sur le tronçon de diamètre réduit de l'axe.