Brevet FR2545563A1 — publié le 19841109

La présente invention se rapporte à une cour- roie de transmission continue destinée à transmettre une puissance mécanique de façon synchrone et qui présente un rendement élevé et une bonne résistance à la fatigue. On connatt déjà des courroies de différents ty- pes qui sont en mesure de transmettre une puissance méca- nique et qui se différencient par la forme de la section résistante (rectangulaire ou trapézoïdale), par les ma- tières dans lesquelles elles sont construites et par les structures de renforcement qui sont associées à ces ma- tières afind'en augmenter la résistance mécanique Dans certains types de courroies de ce genre, il existe égale- ment de véritables dents destinées à engrener avec des dents correspondantes dont sont munies les poulies sur lesquelles les courroies s'enroulent, de manière à per- mettre la transmission d'une puissance mécanique. Les courroies connues du type décrit présentent de nombreux inconvénients. Les fréquences critiques de vibration de ces courroies se manifestent surtout lorsqu'on atteint les vitesses exigées dans les applications habituelles, avec pour conséquence d'engendrer dans la courroie des solli- citations particulièrement élevées Cette condition défa- vorable résulte de la masse par unité de longueur de la courroie, masse qui est particulièrement élevée dans les courroies du type décrit. En outre, les courroies connues sont peu flexi- bles, en raison de la rigidité élevée de la matière dont elles sont constituées, de la forme de la section et de la structure de renforcement et, par conséquent, pour les faire adhérer de façon correcte sur la surface des poulies sur lesquelles elles doivent s'enrouler, il est nécessaire d'exercer sur ces courroies des contraintes de tension relativement élevées; en outre, dans d'au- tres cas, en raison de la discontinuité de la structure de la courroie, on ne réussit pas à obtenir sur ces cour- roies des déformations en arc de cercle comme cela est 2 2545563 nécessaire pour les accoupler à la surface des poulies mais la courroie tend au contraire à prendre une configu- ration polygonale. En outre, ces courroies se révèlent relative- ment bruyantes, en particulier aux grandes vitesses, ce- ci en raison des grandes forces d'inertie qui sont engen- drées pendant la rotation de la courroie et en raison de la discontinuité de sa structure. Finalement, certaines courroies du type décrit ne permettent de réaliser que des transmissions entre poulies dont les plans médians sont sensiblement conte- nus dans le même plan et qui sont calées sur des axes pa- rallèles; en effet, lorsque les plans médians de ces poulies ne sont pas en coincidence ou lorsque ces pou- lies sont calées sur des ares non parallèles entre eux, on observe des irrégularités dans la transmission, ou en- core il s'établit dans la courroie des sollicitations anormales qui entratnent rapidement la rupture de la courroie. Le but de l'invention est de réaliser une cour- roie de transmission sans fin qui soit exempte des incon- vénients précités et qui, par ailleurs, en plus d'être capable de transmettre des couples importants, présente une bonne résistance à la fatigue, soit très légère, pré- sente une grande flexibilité et un bon silence de marche et soit en mesure de transmettre le mouvement entre des poulies disposées dans des plans différents ou calées sur des axes-non parallèles entre eus. Selon l'invention, on réalise une courroie de transmission sans fin destinée & transmettre le mouve- ment entre deux organes dont chacun est monté rotatif au- tour d'un axe et est muni' de picots qui font saillie dans une direction radiale par rapport à cet axe et sont destinés à s'engager dans des logements correspondants ménagés dans la courroie, caractérisée en ce que ladite courroie est réalisée en une première matière déformable polymère qui possède une dureté Shore A supérieure à 75 et 3 2545563 est munie d'une structure de renforcement qui comprend une pluralité d'éléments annulaires qui sont noyés dans ladite première matière et sont constitués par une deuxi- ème matière qui présente un-allongement sensiblement in- férieur à celui de la première matière Cette courroie est en outre caractérisée par le fait que les éléments annulaires précités sont situés dans des plans qui sont sensiblement parallèles au plan longitudinal médian de la courroie; la structure de renforcement comprend avan- tageusement au moins deux séries desdits éléments annu- laires, qui sont disposés chacun d'un côté desdits loge- ments. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, feront bien comprendre comment l'in- vention peut être réalisée Sur ces dessins, la figure 1 représente par une vue en perspecti- ve une transmission dans laquelle on utilise la courroie selon l'invention; la figure 2 représente un segment de la cour- roie selon l'invention conformément à une première forme de réalisation; la figure 3 représente un détail de la courroie de la figure 2 à plus grande échelle, en coupe selon un plan dont la trace est représentée en III-III; la figure 4 est une coupe analogue à celle de la figure 3, destinée à illustrer une variante de la structure de renforcement de la courroie; la figure 5 est une coupe de la courroie de la figure 2, à plus grande échelle, prise selon le plan dont la trace est indiquée en V-V 9 la figure 6 représente en perspective un seg- ment de courroie qui correspond à une deuxième forme de réalisation de cette courroie; la figure 7 représente en perspective un seg- ment de courroie correspondant à une troisième forme de réalisation de la courroie; la figure 8 représente schématiquement la dis- 4 2545563 tribution des pressions et la transmission des forces pendant la transmission du mouvement entre la courroie et la poulie sur laquelle elle est montée; la figure 9 représente en perspective un seg- ment de courroie qui correspond à une autre forme de réa- lisation de cette courroie. On se reportera tout d'abord à la figure 1 La courroie de transmission selon l'invention, désignée dans son ensemble par 1, est destinée à transmettre le mouvement entre deux organes rotatifs 2, 3 solidaires des axes A 2, A 3; ces organes peuvent Ctre constitués par des poulies, des rouleaur, des tambours ou d'autres éléments quelconques destinés t faire partie d'eune trans- mission actionnée par une courroie sans fin. La courroie selon l'invention est destinée à co- opèrer avec les organes rotatifs 2 et 3 dont chacun est muni d'une série de picots 4 qui font saillie radiale- ment sur sa surface cylindrique extérieure 5 La cour- roie selon l'invention est donc munie d'au moins une sé- rie de logements destinés à s'accoupler aux picots 4 cor- respondantes des organes rotatifs 2 et 3; dans les for- mes de réalisation représentées sur les figures 1 à 8, ces logements présentent la forme de trous cylindriques La courroie selon l'invention est construite en une matière polymère déformable qui présente une dureté Shore A supérieure & 75 et elle est munie d'une structure de renforcement qui comprend une pluralité d'éléments an- nulaires, désignés dans leur ensemble par 7, qui sont noyés dans la matière de la courroie et sont réalisés en une autre matière qui présente un allongement sensible- ment inférieur à celui de la matière dont la courroie el- le-même est constituée Chacun de ces éléments annulai- res 7 se trouve dans un plan qui est sensiblement paral- lèle au plan longitudinal médian de la courroie, comme on le voit clairement sur la figure 2; ladite structure de renforcement comprend avantageusement au moins deux 2 545563 séries d'éléments annulaires 7, dont chacune est dispo- sée d'un côté des trous 6 ménagés dans la courroie elle- même et est positionnée sur l'axe horizontal médian de cette section (figure 3) ou au-dessous de cette section (figure 4) Par conséquent, dans cette forme de réalisa- tion, afin de loger convenablement les deux séries d'élé- ments annulaires 7, on prévoit deux bandes 8 latérale- ment aux trous 6 précités, dans chacune desquelles les éléments annulaires eux-mêmes sont noyés La largeur de ces bandes est choisie de manière que, si le diamètre de chacun des trous 6 est désigné par d, la largeur totale de la courroie soit comprise entre le double et le qua- druple du diamètre d. La section de la courroie est avantageusement rectangulaire et elle présente donc deux surfaces princi- pales 9 et 10 qui sont convenablement raccordées aux sur- faces des trous 6 comme on le voit sur les figures 3, 4 et 5 Afin de permettre de transmettre des puissances élevées avec cette courroie, le diamètre d de chaque trou 6 est compris entre 3/10 et 8/10 de la distance p (figure 2) entre les axes de deux trous 6 contigus. La courroie selon l'invention peut comprendre avantageusement plusieurs séries de trous 6 dont les axes se trouvent, par exemple, dans des plans parallé- les, comme on l'a représenté sur la figure 6; dans cet- te forme de réalisation, il est prévu de chaque coté de chacune desdites séries de trous une série d'éléments an- nulaires 7 dont chacun est contenu dans un plan sensible- ment parallèle au plan longitudinal médian de la cour- roie, comme dans la forme de réalisation précédente. La structure de la courroie selon l'invention peut en outre être réaliséede la façon indiquée sur la figure 7 et comprendre des trous 6 qui ne traversent pas entièrement la courroie, de sorte qu'on définit de cette façon une couche de matière supérieure 11 à l'intérieur de laquelle sont logés des éléments annulaires 7 de la structure de renforcement, dont chacun se trouve dans un 6 254 '5563 plan sensiblement parallèle au plan longitudinal médian de la courroie, comme dans les formes de réalisation pré- cédentes. Une autre forme de réalisation de la courroie selon l'invention est représentée sur la figure 9 Dans cette forme, les logements destinés à s'accoupler aux pi- cots 4 ne sont pas des trous cylindriques mais des enco- ches 18 à forme en arc de cercle et qui sont ménagées dans les bords latéraux 19 de la courroie il est évi- dent que ces encoches, de même que les trous 6 de la for- me de réalisation précédentes peuvent coopérer avec les picots 4 pour transmettre le mouvement De cette façon, la courroie présente des bords encochés et les éléments annulaires 7 sont disposés dans la partie centrale de cette courroie, entre les deus séries d'encoches 18. On a constaté que, si la matière dont la cour- roie est faite est une matière polymère qui présente la dureté Shore A indiquée plus haut(supérieure à 75) et si la structure de la courroie correspond à l'une de celles qui ont été représentées et décrites, on obtient une courroie possédant une grande déformabilité, telle que celle qui est nécessaire pour pouvoir adhérer sur la sur- face extérieure 5 des organes rotatifs 2 et 3 sans que l'on n'applique à la courroie des contraintes de tension initiale et on a constaté qu'il s'établit des déforma- tions élastiques avec une configuration rigoureusement en arc de cercle comme celles qui sont nécessaires pour assurer un -engrènement correct et constant entre les trous 6 et les picots 4 des organes rotatifs 2 et 3. Les matières qui se sont révélées particulièrement bien adaptées pour la confection de la courroie selon l'inven- tion sont des mélanges de caoutchouc, diverses matières imprégnées de solutions de caoutchouc, les polyuréthanes et divers autres polymères, qui peuvent même être très durs. Les éléments annulaires de la structure de ren- forcement peuvent être constitués par une matière quel- 254 g 563 conque qui possède un allongement sensiblement inférieur à celui de la matière de base de la courroie; à cet ef- fet, on peut utiliser des fils d'acier, des câblés ou fils de verre, des câblés ou fils de polyester, de rési- ne thermoplastique telle que le Nylon (marque déposée), de rayonne ou de n'importe quelle autre fibre qui présente la caractéristique définie plus haut ou encore des rubans d'une matière résistante-et flexible. Il est avantageux que dans la matière élastomè- re de base de l'invention, soit insérée au moins une ma- tière de renforcement non orientée; cette matière peut être présentée sous la forme de courts filaments unifor- mément dispersés dans la matière de base, ou encore sous la forme d'une ou plusieurs couches de feutre, imprê- gnées de la matière elle-même ou incorporées dans cette matière Dans les deuzx cas, ces matières de renforcement ne présentent aucune orientation préférentielle à l'inté- rieur de la masse de la matière de base. L'utilisation et le comportement en service de la courroie décrite se produisent de la façon suivante. Lorsque cette courroie est montée sur les orga- nes rotatifs 2 et 3, comme cela est représenté sur la fi- gure 1, les segments de la courroie qui sont indiqués par 15 et 16 sur cette figure, qui sont enroulés sur la surface cylindrique 15 _des organes rotatifs 2 et 3 pren- nent une déformation rigoureusement en arc de cercle sans qu'il soit nécessaire d'exercer sur les axes A 2 et A 3 des forces orientées dans des sens opposés et qui ten- dent à induire des contraintes initiales de tension sur -la courroie (la tension de la courroie) Ceci est dé tant à la structure de la courroie qui a été décrite qu'à la nature et aux caractéristiques de la matière de base de la courroie. En fonctionnement, lorsque le mouvement est transmis de l'organe rotatif moteur à l'organe récepteur par l'intermédiaire de la courroie, les segments 15 et 16 qui embrassent les courroies restent en permanence en 8 2545563 contact avec les surfaces correspondantes 5 accouplées et, de cette façon, l'engrènement entre les trous de la courroie et les picots 4 des organes rotatifs 2 et 3 res- te correctement maintenu; cette condition favorable est la conséquence du fait que, même en fonctionnement, la déformation élastique des segments 15 et 16 qui s'enrou- lent sur les poulies reste rigoureusement en arc de cer- cle, même si, en raison de la présence des trous 6 de la courroie, cette dernière présente des discontinuités du point de vue géométrique Ceci est également une consé- quence aussi bien de la nature de la matière de la cour- roie que de la structure de celle-ci. Lorsque l'organe rotatif moteur transmet une certaine puissance à l'organe rotatif mené par l'intermé- diaire de la courroie, chaque picot 4 qui est accouplé à un trou correspondant 6 transmet à la courroie une for- ce tangentielle T, indiquée schématiquement sur la figu- re 8 et qui engendre sur la surface active du trou une distribution de pressions p ayant approximativement l'al- lure représentée sur cette figure; en raison des dimen- sions de chaque pontet 17 de matière de la courroie qui est compris entre deux trous 6 contigus et en raison de la nature de la matière dont la courroie est constituée, il ne se produit pas de déformation sensible dans les pontets et les pressions b sont transmisses aux éléments annulaires 7 de la structure de renforcement qui a juste- ment pour fonction de résister aux forces tangentielles qui sont engendrées pendant la transmission du mouve- ment On réalise de cette façon une structure dans la- quelle la matière de la courroie qui est comprise entre deux trous 6 contigus présente une résistance mécanique et une rigidité suffisantes pour permettre une efficace transmission des pressions ú des pontets 17 aux éléments annulaires 7 de la structure de renforcement sans donner naissance à des déformations des trous ni des pontets qui soient de nature à modifier les conditions géométri- ques de l'accouplement ou à induire dans la matière de 9 2545563 la courroie des déformations cycliques qui pourraient en- trainer des échauffements excessifs en raison de l'amor- tissement interne, ou bien une rupture par fatigue On a constaté en outre que les conditions d'engrènement entre la courroie et les organes rotatifs restent correctes mê- me si les axes A 2 et A 3 sont non parallèles entre eux ou si les plans dans lesquels sont contenus les axes des pi- cots 4 des organes rotatifs 2 et 3 ne sont pas en coinci- dence. En outre, la courroie selon l'invention peut être particulièrement légère et elle présente un poids par unité de longueur, à égalité de force tangentielle transmissible, bien inférieur au poids que l'on observe dans les courroies du même type qui sont déjà connues dans la technique antérieure, à égalité de force tangen- tielle transmissible. En raison de ce poids réduit, les fréquences critiques de vibration se manifestent à des vitesses de rotation relativement élevées, bien supérieures à celles que l'on rencontre -en service dans les transmissions dans lesquelles la courroie selon l'invention peut être appliquée; de toute façon, ces vibrations sont intrinsé- quement très amorties en raison de la faible inertie li- néique Cette dernière caractéristique favorable permet de traverser avec rapidité et facilité la gamme de vites- ses dans laquelle se présentent justement les fréquences critiques précitées et d'atteindre avec sécurité la con- dition de fonctionnement dans laquelle ces fréquences critiques sont entièrement absentes. En outre, en raison de cette légèreté de la structure de la courroie et de la nature des matières dont elle est constituée, on obtient un notable silence de fonctionnement, en particulier pour les vitesses très élevées. Finalement, la courroie peut être utilisée en s'accouplant aux surfaces 5 des organes rotatifs 2 et 3 par l'une quelconque de ses surfaces principales 9 et 10, avec l'avantage de pouvoir réaliser indifféremment des accouplements qui intéressent l'une ou l'autre des deux surfaces précitées La construction de la courroie est simple et facile, puisqu'elle peut être obtenue à partir d'un ruban de matière extrudée dans lequel des fils capa- bles de former les éléments annulaires 7 sont déjà direc- tement incorporés au moment de l'extrusion et sur lequel on forme ensuite les trous 6 d'une façon appropriée quel- conque; en coupant dans ce ruban des segments d'une lon- gueur appropriée et en réunissant les bords d'extrémités de ces segments par les techniques connues, on peut obte- nir des courroies de dimensions prédéterminées. Il va de soi que l'on peut apporter diverses mo- difications au mode de réalisation qui vient d'être dé- crit uniquement à titre d'exemple non limitatif, notam- ment par substitution de moyens techniques équivalents, par exemple de matières équivalentes, sans pour cela sor- tir du cadre de l'invention. i E V E N D I C A T I O N S 1 Courroie de transmission continue, capable de transmettre le-mouvement entre deux éléments dont cha- cun peut tourner autour d'un axe et est également muni de picots qui font saillie dans la direction radiale par rapport audit axe, et sont destinés à s'engager dans des logements correspondants formés dans la courroie elle-mg- me, caractérisée en ce que ladite courroie est composée d'une matière polymère déformable constituant la matière primaire ou première matière et qui possède une dureté Shore A supérieure à 75, et qui est munie d'une structure de renforcement, laquelle comprend une plurali- té d'éléments annulaires ( 7) qui sont noyés dans ladite matière primaire et qui sont composés d'une matière se- condaire ou deuxième matière qui présente un allongement sensiblement inférieur à celui de la matière primaire. 2 Courroie selon la revendication 1, caracté- risée en ce que lesdits éléments annulaires ( 7) sont si- tués dans des plans qui sont sensiblement parallèles au plan longitudinal médian de la courroie. 3 Courroie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite structure de renfor- cement comprend au moins deux séries desdits éléments an- nulaires ( 7), dont chacune est disposée d'un côté des- *dits logements ( 6). 4 Courroie selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à -3, caractérisée en ce qu'elle comprend une série de trous ( 6) dont les axes se trouvent sensible- ment dans ledit plan longitudinal médian de la courroie, la largeur ( 1) de la courroie étant comprise entre deux fois et quatre fois le diamètre (d) des trous. Courroie de transmission selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce que le diamètre (d) de chacun desdits trous ( 6) est compris entre 3/10 et 8/10 de la distance (p) séparant les axes de deux trous contigus. 6 Courroie selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend plu- sieurs séries de trous ( 6), chacune de ces séries étant disposée dans un plan parallèle audit plan longitudinal médian de la courroie, cependant qu'une série desdits éléments annulaires ( 7) est disposée de chaque côté de chacune desdites séries de trous ( 6). 7 Courroie selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend deux séries de logements dont chacun est conformé et-disposé de manière à donner naissance à une encoche ( 18) sur cha- cun des bords ( 19) de la courroie, chacun de ces loge- ments ayant une circonférence sensiblement en arc et les- dits éléments annulaires forcement étant disposés dans la partie centrale de la courroie, entre les deux séries d'encoches ( 18). 8 Courroie selon la revendication 1, caracté- risée en ce que, dans ladite matière primaire ou premiè- re matière, est noyée au moins une matière de renforce- ment non orientée - 9 Courroie selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ladite matière primaire ou première ma- tière est un mélange de caoutchouc. Courroie selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ladite matière secondaire ou deuxième ma- tière est l'acier. 11 Courroie selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ladite matière secondaire ou deuxième ma- tière est le verre, chacun desdits éléments annulaires ( 7) comprenant un ou plusieurs fils ou câblés de fibre de verre. 12 Courroie selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ladite matière secondaire ou deuxième ma- tière est un ruban de matière élastomère ou plastomère qui possède la même largeur que la courroie elle-même.