Brevet FR2544422A1 — publié le 19841019

2544-422 Dispositif d'accouplement à petit débattement pour arbres oscillants L'invention concerne un dispositif d'accouplement à petit débat- tement pour arbres oscillants. Un dispositif d'accouplement connu comporte un premier et un deuxième embouts propres à être fixés aux extrémités en regard d'un premier et d'un deuxième arbres, ces embouts présentant deux axes qui concourent sensiblement en un centre d'accouplement, et comportant une première et une deuxième portées cylindriques concaves de rotation autour d'un premier et d'un deuxième axes d'oscillation sensi- blement concourants au centre d'accouplement et perpendiculaires aux axes du premier et du deuxième embout, respectivement, les surfaces cylindriques de ces deux portées présentant un même diamètre, et une pièce intermédiaire présentant une première et une deuxième portées cylindriques convexes de rotation autour de deux axes d'oscil- lation perpendiculaires sensiblement concourants, cette pièce étant dis- posée entre les deux dits embouts et ceux-ci étant orientés de manière à faire coopérer ces portées convexes avec les portées concaves du premier et du deuxième embouts, respectivement, et à permettre ainsi à la fois la transmission d'un couple moteur entre ces deux arbres tournant autour de leurs axes, la transmission d'une poussée selon leurs axes, et une oscil- lation relative de ces arbres par rotation autour des deux axes d'oscil- lation Un tel dispositif est connu sous le nom de joint de Cardan. Il transmet difficilement des poussées axiales importantes et des couples importants, résiste mal aux chocs axiaux et est co teux tant à sa fabrication que lors de sa maintenance, notamment en raison des diffi- cultés de démontage et remontage. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients dans le cas o le demi angle d'oscillation de chaque arbre est faible, infé- rieur par exemple à 10 environ Elle permet d'obtenir les avantages suivants: poussée axiale importante couple transmis important faible encombrement grande résistance aux chocs axiaux -2- simplicité de montage, démontage, entretien simplicité de réalisation. Elle a pour objet un dispositif d'accouplement du genre précédem- ment mentionné, ce dispositif permettant d'obtenir ces avantages grâce aux dispositions suivantes: La pièce intermédiaire est constituée par un grain massif présen- tant une surface convexe dont deux parties forment lesdites portées convexes, ces portées étant demi-cylindriques avec une section droite en forme de demi-cercle et avec une longueur axiale égale au diamètre de ce demi-cercle, le centre du carré défini par les deux génératrices extrêmes de la portée demi-cylindrique coincidant sensiblement avec le centre d'accouplement, de sorte que la surface de ce grain est au moins principalement constituée par les deux portées demi-cylindriques prolon- gées chacune, aux extrémités du demi-cercle, par deux surfaces demi-cir- culaires constituant des faces extrêmes de -l'autre portée aux deux extrémités de la longueur de celle-ci, et que ce grain peut transmettre à la fois un couple moteur élevé et une poussée axiale élevée. Chacun des embouts est limité à l'intérieur d'un angle dièdre convexe dont l'arête est constituée par l'axe d'oscillation de cet embout et dont la valeur est égale à un demi tour diminué du double d'un écart angulaire maximal qui est le plus grand angle que l'axe de cet embout peut faire par rapport au prolongement de l'axe de l'autre embout par rotation autour de l'axe d'oscillation, ladite portée cylindrique concave étant formée en creux dans l'embout à partir de ce dièdre de sorte que sa section droite présente la forme d'un arc de cercle de valeur angulaire égale à celle de ce dièdre, et que toute application au grain d'une ou plusieurs forces perpendiculaires à la fois à l'axe de l'embout et à celui de son axe d'oscillation et notamment toute transmis- sion d'un couple entraîne l'apparition d'une réaction longitudinale ten- dant à écarter l'embout du grain, la longueur de cette portée étant égale au diamètre de ce cercle de manière à empêcher ledit grain massif de se déplacer dans la portée parallèlement à l'axe d'oscillation de l'embout. Le dispositif comporte alors en outre un organe de maintien reliant les deux embouts pour les empêcher de s'écarter l'un de l'autre sous l'action de ladite réaction longitudinale. ú 544422 -3- A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention, le plan de coupe passant par les axes alignés des deux arbres accouplés et par l'axe d'oscillation de l'un de ces arbres, l'or- gane de maintien étant enlevé. La figure 2 représente une vue en perspective d'un embout de la figure 1. La figure 3 représente une vue en perspective du grain massif de la figure 1. La figure 4 représente une vue du dispositif de la figure 1 avec coupe de l'organe de maintien. La figure 5 représente une vue en perspective arrachée d'un embout de la figure 1 avec le grain de la figure 3. La figure 6 représente une vue en coupe axiale d'une variante du dispositif de la figure 1. Une idée essentielle du dispositif est d'assurer avec une seule pièce massive toutes les fonctions mécaniques de transmission des pous- sées de transmission de couples, et d'oscillation. L'accouplement est essentiellement constitué de trois pièces de fonction et de deux pièces de maintien. Les trois pièces de fonction sont deux embouts identiques 1 et 2, et un grain spécial 3. Les deux pièces de maintien sont un fourreau 20 et une bague sphérique concave 21. Chaque embout 1 et 2 est cylindrique et coaxial à l'arbre sur lequel il est monté Il est usiné à son extrémité en angle dièdre convexe très plat 4 dont l'angle correspond à 1800 2 E, 4 - E étant l'angle maximal pouvant exister entre l'arbre 5 ou 6 et l'axe du grain 3 ou encore entre les arbres 5 et 6 L'usinage en dièdre peut bien entendu être remplacé par un usinage au tour en cône dont l'angle au sommet serait de 1800-2 E Les sommets des cônes des deux embouts sont alors confondus au point 7 constituant le centre d'accouplement précé- demment mentionné et correspondant à l'intersection des axes 8 et 9 des arbres 5 et 6 (figure 1). Dans chaque embout 1 et 2 est creusé un logement demi cylindri- que 10 dont le diamètre est égal à la longueur (figure 2). En position montée, les axes 8 et 9 étant alignés, l'axe 11 du demi cylindre 10 de l'embout 1 est perpendiculaire à l'axe 12 du demi cylin- dre 13 exécuté dans l'embout 2 Ces axes 11 et 12 concourent au point 7 et constituent les axes d'oscillation précédemment mentionnés. Dans les logements 10 et 13 vient s'adapter un grain 3 qui a la particularité de se composer de deux demi cylindres dont la longueur est égale au diamètre, mais dont les axes 14 et 15 sont concourants et perpendiculaires. La forme de ce grain est présentée plus précisément sur la figure 3. On y remarque que les extrémités planes 16 et 17 du 1/2 cylindre 3 a se continuent par la surface cylindrique du 1/2 cylindre 3 b, et de même, les surfaces planes 18, 19 des extrémités du 1/2 cylindre 3 b continuent la surface cylindrique de 3 a. De préférence chaque logement demi-cylindrique tel que 10 est constitué par deux quarts de cylindre creusés dans deux pièces rappor- tées 31, 32 fixées dans un évidement prismatique à base carrée usinés dans l'embout 1 (voir figure 5). L'exécution séparée de ces pièces permet d'y effectuer des traite- ments appropriés sur les surfaces qui travaillent. Lorsque les pièces 1, 3 et 2 sont montées, tout mouvement quelcon- que OA d'oscillation de l'axe 9 par rapport à l'axe 8 peut se décomposer en deux mouvements à partir du point 7 qui est fixe un mouvement OX de rotation autour de l'axe 12 un mouvement XA de rotation autour de l'axe 11. Dans le mouvement XA autour de l'axe 11 le grain 3 est solidaire du manchon 2 par les faces 16 et 17 et le grain 3 tourne librement dans le - logement 10 de l'embout 1. Par contre, dans le mouvement OX autour de l'axe 12 ? le manchon 2 pivote par sa surface 13 autour du grain 3 qui est solidaire dans ce mouvement de l'embout 1 par ses faces 18, 19. La transmission du couple s'effectue tant par les faces planes des logements 10 et 13 exécutés dans les embouts 1 et 2, et du grain 3 que par les surfaces cylindriques La haute résistance de cet accouplement est liée au fait qu'aucune des pièces ne travaille en flexion Les principales contraintes sont des contraintes de cisaillement qui s'appliquent sur le carré représenté par les quatre diamètres des surfaces planes et un matage très faible des surfaces transmettant le couple. Les pièces de maintien sont un fourreau 20 et une bague 21 (voir figure 4). Le fourreau 20 est monté glissant sur l'embout 1 sur lequel il s'appuie dans sa partie arrière grâce à un épaulement 22 Il est de ce fait lié à l'embout 1 dans tous ses mouvements La partie avant 23 de ce fourreau est dégagée suivant une chambre 24 qui autorise les débatte- ments angulaires de l'embout 20 La bague 21 vissée sur le fourreau 20 est munie d'une portée sphérique concave 25 coopérant avec une portée sphérique 26 de l'embout 2, surface 26 dont le centre de la sphère est le point 7 précédemment défini. Le glissement relatif de la portée 25 sur la portée 26 permet donc le mouvement oscillatoire de l'arbre 6 et interdit le recul intempestif de l'embout 2 par rapport à l'embout 1. Un manchon de caoutchouc 28 isole la zone travaillante vis-à-vis du milieu ambiant. Dans le mode de réalisation de la figure 6 les portées sphériques concave et convexe sont portées par des bagues indépendantes respecti- vement concave 36 et convexe 35 maintenues en place par une bague 37 vissée dans le fourreau 20. -6 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'accouplement à petit débattement pour arbres oscillants, ce dispositif comportant un premier ( 1) et un deuxième ( 2) embouts propres à être fixés, aux extrémités en regard d'un premier ( 5) et d'un deuxième ( 6) arbres, ces embouts présentant deux axes ( 8, 9) qui concourent sensiblement en un centre d'accouplement ( 7), et comportant une première ( 10) et une deuxième ( 13) portées cylindriques concaves de rotation autour d'un pre- mier ( 11) et d'un deuxième ( 12) axes d'oscillation sensiblement concou- rants au centre d'accouplement et perpendiculaires aux axes du premier et du deuxième embout, respectivement, les surfaces cylindriques de ces deux portées présentant un même diamètre 9 et une pièce intermédiaire ( 3) présentant une première ( 3 a) et une deuxième ( 3 b) portées cylindriques convexes de rotation autour de deux axes d'oscillation perpendiculaires sensiblement concourants, cette pièce étant disposée entre les deux dits embouts et ceux-ci étant orientés de manière à faire coopérer ces portées convexes avec les por- tées concaves du premier et du deuxième embouts, respectivement, et à permettre ainsi à la fois la transmission d'un couple moteur entre ces deux arbres tournant autour de leurs axes, la transmission d'une poussée selon leurs axes, et une oscillation relative de ces arbres par rotation autour des deux axes d'oscillation, ce dispositif étant caractérisé par le fait que la pièce intermédiaire est constituée par un grain massif ( 3) présentant une surface convexe dont deux parties forment lesdites portées convexes ( 3 a, 3 b) ces portées étant demi-cylindriques avec une section droite en forme de demi-cercle et avec une longueur axiale égale au diamètre de ce demi-cercle, le centre de ce demi-cercle et le milieu de cette longueur coincidant sensi- blement avec le centre d'accouplement ( 7), de sorte que la surface de ce grain est au moins principalement constituée par les deux portées demicylindriques prolongées chacune, aux extrémités du demi-cercle, par deux surfaces demi-circulaires ( 16, 17) constituant des faces extrêmes de l'autre portée aux deux extrémités de la longueur de celle-ci, et que ce grain peut transmettre à la fois un couple moteur élevé et une poussée axiale élevée, -7 - chacun des embouts étant limité, à l'intérieur d'un dièdre convexe ( 4) dont l'arête est constituéepar l'axe d'oscillation ( 11) de cet embout et dont la valeur ( 1800 2 E) est égale à un demi tour diminué du double d'un écart angulaire maximal (E) qui est le plus grand angle que l'axe ( 8) de cet embout peut faire par rapport au prolongement de l'axe ( 9) de l'autre embout par rotation autour de l'axe d'oscillation, ladite portée cylindrique concave ( 10) étant formée en creux dans l'em- bout ( 1) à partir de ce dièdre de sorte que sa section droite présente la forme d'un arc de cercle de valeur angulaire égale à celle de ce dièdre, et que toute application au grain d'une ou plusieurs forces perpendicu- laires à la fois à l'axe de l'embout et à celui de son axe d'oscillation et notamment toute transmission d'un couple entraîne l'apparition d'une réaction longitudinale tendant à écarter l'embout du grain, la longueur de cette portée étant égale au diamètre de ce cercle de manière à empg- cher ledit grain massif ( 3) de se déplacer dans la portée parallèlement à l'axe d'oscillation ( 11) de l'embout, ce dispositif comportant en outre un organe de maintien ( 20) reliant les deux embouts ( 1, 2) pour les empêcher de s'écarter l'un de l'autre sous l'action de ladite réaction longitudinale. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de maintien est constitué par un fourreau rigide ( 20) fixé au premier embout ( 1), prolongeant celui-ci en passant autour du deuxième embout ( 2) et muni d'une portée sphérique concave ( 25) qui coopère avec une portée sphérique convexe ( 26) formée sur le deuxième embout, ces portées étant centrées toutes deux sur le centre d'accouplement ( 7) et limitées chacune à une bande entourant le deuxième arbre ( 6). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la portée sphérique concave ( 25) est portée par une bague ( 21) vissée dans le fourreau ( 20) et formant saillie radiale intérieure dans ce fourreau de manière à permettre la mise en place du deuxième embout ( 2) dans ce fourreau avant la mise en place de cette bague. 4/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un manchon souple ( 28) relie de manière étanche le fourreau ( 20) au deuxième arbre ( 6). 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque portée cylindrique concave ( 10) est constituée par deux moitiés - 8 demi-cylindre creusées dans deux pièces rapportées ( 31, 32) fixées dans un évidement prismatique à base carrée usiné dans l'embout ( 1). 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'écart angulaire maximal (E) n'est pas supérieur à 10 environ. 7/ Dispositif selon la revendications 3, -caractérisé par le fait que les portées sphériques concave et convexe sont portées par des bagues indé- pendantes respectivement concave 36 et convexe 35 maintenues en place par une bague 37 vissée dans le fourreau 20.