Brevet FR2544815A1 — publié le 19841026

ARTICULATION ENúCRHIX-POUR ARBRE ARTICULE L'invention concerne une articulation en croix pour arbre articulé, du type comprenant un tenon en croix et deux fourches articulées qui comportent chacune deux bras de fourche. Une telle articulation en croix a déjà été décrite dans le brevet allemand DE-AS 25 55 667 Le couple mo- teur susceptible d'être transmis par l'arbre articulé dépend essentiellement de la résistance mécanique de l'articulation en croix, plus particulièrement de celle du tenon en croix et du tourillon correspondant La résistance à l'usure est fonction de la conception interne du palier tandis que la résistance à la déformation de l'arbre dépend également de la structure du tenon en croix et de celle des fourches articulées Par con- séquent, toutes mesures ayant pour but d'augmenter la valeur du couple moteur susceptible d'être transmis s'appliquent aussi bien au tenon en croix qu'au palier et aux fourches articulées. Pour un volume donné de la structure et pour une dimension donnée de l'articulation, les possibilités de renforcement de tous les composants en question sont très limitées, et ce d'au- tant plus qu'il faut tenir c'ompte des angles de courbure impo- sés par la mise en service Pour des dimensions extérieures égales ou inférieures, la "résistance à l'usure" et la longévi- té des arbres articulées doivent répondre à des exigences accrues. Il est connu qu'à dimension égale et comparé à un palier à roulement conçu sous forme d'un roulement à ai- quilles, un palier à roulement comportant des rouleaux possède une résistance dynamique supérieure mais par contre une résis- tance statique inférieure C'est pourquoi il a été proposé dans la demande de brevet allemand DE-OS 26 36 752 (US-PS 4 167 859) d'équiper le palier de tenon en croix avec des rou- lements à aiguilles pour pouvoir y installer un tenon en croix plus important et plus résistant Considérant l'état de la technique, l'objectif consistait à dimensionner le palier à tenon en croix de telle - sorte qu'il offre la même capacité de charge statique que les autres éléments de l'arbre articulé soumis à une charge statique, c'est-à-dire le tenon en croix, les fourches articulées, la pièce à coulisse, etc On obtient ainsi des articulations en croix relativement petites mais dont la résistance à l'usure ne répond pas aux charges dynamiques élevées que subissent par exemple les arbres articulés lourds d'un laminoir lors d'une sollicitation poussée Il a été dé- montré que l'agrandissement de paliers à roulement pouvant être soumis à une charge dynamique supérieure s'accompagne de difficultés de montage dans le cas de fourches articulées et 1 C d'alésages en une seule partie Dans le brevet allemand DE-AS 26 25 960 on a ainsi proposé des rangées de roulements décalées de façon spécifique L'exemple d'exécution décrit dans le bre- vet allemand DE-AS 26 53 908 est muni d'alésages séparés permet- tant de loger un palier à roulement de dimensions relativement grandes et un solide tenon en croix L'inconvénient d'une telle conception réside dans le fait que la séparation transversale des alésages se traduit par une diminution de l'endurance de la fourche articulée et de l'alésage En conséquence, il im- porte de disposer d'un alésage à-roulement indéformable pour protéger les paliers à roulement contre une déformation élas- tique due à la charge tout en leur garantissant une longévité raisonnable. Dans le brevet américain US-PS 4 334 415 est décrite une articulation en croix dont la garniture de roule- ment à tenon en croix est conçue en une seule partie mais qui, tel un palier à support, est vissée frontalement au moyeu à bride C'est ce vissage qui constitue le point faible de cette articulation en croix La fourche articulée n'est pas suffisam- ment résistante à une déformation. La présente invention a pour objectif de réaliser une articulation en croix destinée à un arbre articu- lé et destinée plus particulièrement à des arbres articulés industriels qui sont soumis à des charges élevées Cette arti- culation est du type comprenant un tenon en croix et deux fourches articulées qui comportent chacune deux bras de four- che, chacune des fourches prises séparément étant pourvue d'un moyeu ayant pour fonction d'autoriser un assemblage a un organe d'accrochage, par exemple à un arbre; ladite articu- lation se caractérise en ce qu'au moins un bras de fourche de l'une des fourches articulées est mobile et que des 25448 1 5 moyens destinés à serrer les deux bras de fourche sont prévus. Ainsi, un tenon en croix, de plus grand dia- mètre possible, comprenant un palier à tenon en croix muni de roulements à rouleaux d'une portée de charge maximale, peut être logé dans un espace donné; le montage du tenon en croix reste aisé, cependant que la pièce de fourche comprenant l'alé- sage de roulement présente une résistance optimale lorsqu'elle est soumise à une charge dynamique. On propose de partager la fourche articulée en entier de telle sorte qu'au moins un des deux bras de la fourche puisse ttre démonté Ces dispositions présentent les avantages suivants: l'alésage du roulement forme une entité, reste indéformable et, comme dans-le cas d'une fourche articulée non partagée, continue à faire partie du bras de fourche avoi- sinant, responsable de la transmission de force vers l'alésage de roulement De cette manière, la transmission de force n'est pas interrompue aux endroits spécifiquement les plus sollici- tés de la fourche articulée Ainsi, le point de sectionnement est plutôt déplacé vers un endroit o la transmission de for- ce peut se faire à travers de plus larges profils transver- saux Il s'agit des zones o la fourche articulée est connectée à la partie avoisinante du moyeu et o précisément elle se pré- sente pour l'essentiel, sous sa forme habituelle et arrondie. Les inventeurs se sont rendus compte que dans le plan symétri- que de la fourche articulée, entre les alésages de roulement du moyeu se trouve une zone relativement neutre si l'on part du fait que la transmission de force vers le bras à fourche se fait à travers les bords du moyeu On a tiré profit de cette circonstance en procédant à la séparation des bras de fourche dans une zone peu sollicitée pour ne pas perturber la transmis- sion homogène de la force passant du moyeu vers les bras de fourche. D'autres caractéristiques consistent à con- cevoir, identiques et démontables, les deux bras de fourche de l'articulation en croix Ces deux bras doivent alors couvrir à peu près la moitié du périmètre de la face tournée vers le moyeu la large base ainsi formée se prête de façon avantageuse à la transmission de charge entre le moyeu et les bras de four- Che. Il est avantageux que la transmission de la force entre les bras de fourche démontables se fasse à travers des capsules de serrage axial qui ont été décrites dans la demande de bre- vet P 31 49156 1-12 En raison de leur longueur, les capsules à serrage axial font fonction de vis extensibles qui, lorsqu' on utilise une denture frontale pour la transmission du couple moteur et le centrage entre le moyeu et les bras de fourche, auraient pour inconvénient de perturber la transmission de la force A la place d'un crantage à denture frontale, il est également possible d'insérer entre le moyeu et les bras de fourche démontables, un ou plusieurs éléments crabotés Le centrage se fait alors d'une manière différente mais usuelle. De même, il convient de monter alors les capsules à serrage axial sur le moyeu et les bras de fourche de telle sorte que les entailles partielles entre les moitiés de bras de fourche soient couvertes Les entailles partielles des bras de fourche et des capsules à serrage axial sont décalées les unes par rapport aux autres. Une forme de réalisation de l'invention se caractérise par le fait que les bras de fourche démontables se prolongent, du côté opposé au centre de l'articulation en croix, sous la forme d'une moitié de manchon et que lorsque ces deux moitiés de manchon sont jointes de façon serrée, elles forment ainsi le moyeu proprement dit L'assemblage des deux moitiés se fait de façon la plus appropriée par l'intermédiaire d'éléments annulaires de serrage, par exemple sous la forme d'éléments rétrécissables La transmission du couple moteur en provenance de l'arbre vers le moyeu se fait, à la façon habi- tuelle, par des ressorts, à profil d'arbre cannelé ou autres. La mise en oeuvre consécutive à une technique d'assemblage et de montage aisés à partir d'éléments de construction d'une grande stabilité statique et dynamique, constitue l'originalité essentielle de la présente invention. On trouvera ci-dessous une description de l'invention, faite en référence à des exemples de réalisation les plus avantageux, représentés aux figures du dessin annexe la figure 1 représente une articulation - en croix, partiellement en coupe, comportant deux variant-es d'exécution; 25448 1 5 la figure 2 illustre une variante d'exécu- tion pour une fourche articulée avec un élément de moyeu adap- té; la figure 3 est une vue en coupe selon le plan III-III de la figure 2. La partie supérieure de la figure 1 est une coupe de l'articulation en croix tandis que la moitié infé- rieure représente une vue de cette articulation Ladite articu- lation se compose d'un tenon en croix 1 muni de 4 tenons 2 oui sont logés par paires dans les fourches articulées 3, 4 et , 6 Des garnitures de roulement 7 pour tenons en croix sont disposées entre les fourches 3 à 6 et les tenons 2 Ces garni- tures comportent, de façon connue, une douille munie de paliers à roulement, pour des roulements à rouleaux ou à aiguilles, et par ailleurs éventuellement des roulements axiaux à butée, ainsi que des joints appropriés disposés entre les tenons 2 et le palier à roulement Dans l'axe des tenons 2, les fourches 3 et 4, ainsi que 5 et 6, se présentent sous la forme d'un alé- sage qui encercle le roulement à tenon en croix 7 De son côté dirigé vers l'arbre articulé porprement dit, la fourche articulée 3, 4 forme une bride 8 et est munie d'une denture 9 montée frontalement Un moyeu 10 est jointif axialement à la fourche articulée 3, 4 ayant la forme d'une bride, moyeu qui, tout comme la fourche, est muni d'une denture frontale 9 et dans lequel les fourches articulées 3, 4 engrènent Lorsque par exemple le moyeu 10 se prolonge sous la forme d'un arbre tubulaire, il transmet directement le couple moteur cor- respondant Le moyeu 10 peut également se présenter sous la forme d'embout pour un élément coulissant destiné à équilie brer la longueur de l'arbre articulé. La caractéristique essentielle de l'invention consiste en ce que la fourche articulée 3, 4 n'est pas conçue d'une seule pièce, mais se présente en deux parties Les deux moitiés 3 et 47 créant entre elles une entaille partielle 11, forment ensemble la fourche articulée Par l'intermédiaire de la denture frontale, les deux moitiés sont reliées de façon crabotée et adhérente au moyeu 10 Des capsules emmanchées de serrage axial 12, 13, de type déjà connu, excercent la for- ce axiale nécessaire au serrage des deux parties entre elles. L'avantage d'un tel procédé de serrage se traduit par le fait que le diamètre extérieur de l'assemblage est nulle part supé- rieur au diamètre de rotation de l'articulation en croix. Le principal avantage de la séparation de la fourche articulée est le suivant: le montage du tenon en croix se fait dans l'ordre selon lequel les roulements à tenon en croix 7, déjà entièrement montés, sont emmanchés dans les alésages de roulement des moitiés de fourche 3 et 4 Les moi- tiés de fourche, ainsi assemblées, sont alors montées sur les deux tenons 2 opposés du tenon en croix 1 et ce n'est qu'ensui- te qu'elles sont reliées frontalement, du côté de la bride 8, au moyeu 10 par la denture circulaire 9 La force de pression qu'exercent les capsules de serrage 12 se répartit de façon ré- gulière sur toute l'étendue correspondante Pour faciliter leur fabrication, il est conseillé de fabriquer deux moitiés de fourche 3, 4 pratiquement identiques et de les séparer dans leur plan médian, vertical par rapport à l'axe des tenons 2, de telle sorte que la bride 8 et la denture 9 couvrent en- viron la moitié du périmètre Dans le cas o les capsules de serrage axial 12, 13 ont également été conçues en deux parties, ces dernières sont montées sur la bride des deux cotés de la denture frontale 9 de telle manière que leur entaille partiel- le forme un angle droit par rapport aux moitiés de fourche 3, 4. Le fait que les capsules de serrage axial couvrent une grande étendue axiale et permettent par conséquent d'appliquer à la denture une tension initiale sensiblement supérieure à celle que permet une vis par exemple, constitue une caractéristique essentielle de la réalisation selon l'in- vention. L'application d'une force sur les moitiés de fourche 3, 4 se fait de façon régulière à travers la moitié de l'étendue environ, c'est-à-dire à travers la totalité de l'é- tendue reliée au moyeu L'application de la force sur le palier 7 et le tenon 2 se produit, comme pour une fourche articulee en une seule pièce, en passant par une bride massive 8 vers l'alésage de la moitié de fourche qui entoure le palier 7 Au- cune autre entaille partielle ni assemblage par vis ne se trou- vent dans cette zone hautement sollicitée Ainsi a été crée un 25448 1 5 élément de construction très résistant et indéformable qui per- met de mieux loger le palier 7 muni de paliers à roulements pouvant supporter des charges élevées En même temps le montage de cet élément de construction est d'une simplicité optimale. La partie droite de la figure 1 illustre un mode de fixation de la fourche articulée Les repères 5 et 6 désignent également les deux moitiés qui forment ensemble une fourche articulée Dans le cas présent, l'entaille partielle entre les moitiés 5, 6 se trouve dans le plan de la figure Les moitiés de fourche 5, 6 sont pareillement munies d'une bride 15 et par ailleurs, le cas échéant, d'un centrage 16 qui se rac- corde au moyeu 17 La transmission du couple moteur entre les moitiés de fourche 5, 6 et le moyeu 17 passe par une clavette transversale 18 qui peut avoir une forme légèrement conique. Dans le cas présent, la tension est appliquée de la même maniè- re que celle ci-dessus décrite, en passant par les capsules de serrage axial 19, 20 Le moyeu 17 peut avoir la forme d'une bride, d'un arbre tubulaire ou autre, ou bien peut se présenter sous la forme d'une bride de cylindre pour laminoir. La figure 2 illustre un autre exemple de réalisation-de l'invention La moitié inférieure de cette figu- re est une vue, tandis que la moitié supérieure montre une vue en coupe Dans le cas présent, la fourche articulée n'est pas seule à être conçue en deux pièces Les deux moitiés de fourche 21, 22 présentent en effet, dans le sens de l'axe, un prolonge- ment semi-circulaire et forment ainsi par elles-mêmes, grâce aux moitiés 23, 24, un moyeu partagé Ces deux mioitiés sont reliées entre elles par le prolongement sous forme d'un arbre 25, de façon à résister à la torsion, grâce à une denture 26 par exemple Cette denture 26 peut correspondre à un arbre can- nelé profilé monté sur le périmètre extérieur de la partie d'arbre 25 et sur le périmètre intérieur des moitiés de fourche 23, 24 Elle peut également se présenter sous la forme d'un assemblage à rainure et languette 28 telle qu'il est illustré à la figure 3, en coupe transversale selon le plan III-III de la figure 2 L'assemblage des deux moitiés de fourche 21, 22 à 'extrémité de l'arbre 25 peut se faire par une ou plusieurs bagues de serrage 27 qui entourent les périmètres extérieurs des parties de moyeu 23, 24 et créent ainsi une liaison ferme avec l'arbre 25 La consolidation axiale des parties de moyeu 23, 24 à l'extrémité de l'arbre 25 peut se faire de manière habituelle par l'intermédiaire de circlips extérieurs ou par collage ou tout autre moyen semblable. Le point commun à toutes les formes d'exécu- tion conformes à l'invention consiste en ce que les deux moi- tiés d'une fourche articulée séparables ne doivent pas néces- sairement être fabriquées séparément du moyeu Il est tout aussi possible comme l'illustre l'exemple de la figure 1 - que les moitiés de fourche 4 soient conçues de forme pleine comportant le moyeu 10 et que seule la moitié de fourche 3 soit conçue de façon à être mobile Pour simplifier la procédu- re de fabrication et dans le but d'atteindre une plus grande précision et une plus forte résistance, il convient de conce- voir les fourches articulées séparables sous forme symétrique. REVENDICATIONS J/ Articulation en croix pour un arbre articulé, munie d'un tenon en croix et de deux fourches arti- culées qui comportent chacune deux bras de fourche, chacune des fourches prises séparément étant pourvue d'un moyeu ayant pour fonction d'autoriser un assemblage à un organe d'accro- chage, par exemple à un arbre, caractérisé en ce qu'au moins un bras de fourche ( 3, 4) de l'une des fourches articulées est mobile et que des moyens destinés à serrer les deux bras de fourche ( 3, 4) sont prévus. 2/ Articulation en croix selon la re- vendication 1, caractérisée en ce que les deux bras de four- che ( 3, 4) sont démontables. 3/ Articulation en croix selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les bras de-fourche ( 3, 4) démontables se présentent du côté frontal ( 8) opposé au milieu de l'articulation en croix, sous la forme d'une bride et sont engrenés au moyeu ( 10) par l'inter- médiaire d'une denture frontale ( 9). 4/ Articulation en croix selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le côté frontal ( 15) des bras de fourche ( 5, 6) démontables est pour chacun d'eux engrené au moyeu ( 17) par au moins un élément d'accrochage craboté ( 18), par exemple sous la forme d'une clavette transversale. / Articulation en croix selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la surface frontale, destinée à la transmission du couple moteur est opposée au milieu de l'articulation en croix s'étend vue en coupe transversale au-delà de la moitié du périmètre. 6/ Articulation en croix selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les bras de fourche démontables ( 3, 4) sont reliés au moyeu ( 10) par l'intermédiaire d'éléments ( 12, 13) exerçant une force de pression axiale parallèle à l'axe de l'articulation. 7/ Articulation en croix selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les éléments de serrage ( 12, 13) entourent le périmètre des bras de fourche ( 3, 4) et du moyeu ( 10) de telle sorte que les entailles ( 11) partielles soient couvertes entre les bras de fourche ( 3, 4) démontables. 8/ Articulation en croix selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les bras de four- che d'accrochage, par exemple sous la forme d'un arbre ( 25). 9/ Articulation en croix selon la revendi- cation 8, caractérisée en ce que les bras de fourche démonta- bles ( 21, 22, 23, 24) sont assemblés entre eux, de façon à résister à la torsion, par un élément de serrage annulaire.