Brevet FR2552833A1 — publié le 19850405

La présente invention concerne la réalisation d'un arbre moteur pour mécanisme à engrenages,par exemple, pour transmettre une puissance mécanique à un pont moteur, notamment par l'intermediaire de la roue dentée dwun réducteur ou par l'intermédiaire de la couronne d'un différentiel du pont moteur. Dans les constructions connues, les arbres moteurs de ce genre comportent une extrémité cannelée permettant leur liaison avec un mécanisme d'accouplement les reliant à un moteur et,à leur autre extrémité, elles comportent soit un pignon conique, soit une vis, les arbres moteurs de ce genre devant donc être supportés dans des paliers dans lesquels ils peuvent tourner aussi librement que possible et qui sont susceptibles de supporter des efforts axiaux pouvant être élevés. Jusqu'à présent les paliers sont montés soit directement dans des alésages d'un carter et il est, par conséquent, indispensable d'usiner très soigneusement les alésages pour qu'ils soient parfaitement alignés et concentriques de sorte que tout défaut ou incident d'usinage conduit à la mise au rebus du carter à usiner ou bien il est nécessaire de prévoir des carters de volume plus important pour rendre possible un réusinage et un chemisage de certains des alésages devant recevoir les paliers. Les travaux d'usinage du genre rappelé ci-dessus nécessitent, par conséquent, la mise en oeuvre de machines extrêmement précises dont il n'est pas possible de disposer dans certains pays. Les mécanismes à engrenages nécessitent, par ailleurs, des révisions à intervalles réguliers, ces révisions pouvant nécessiter le-changement de certains paliers et même le changement de l'arbre moteur. Les opérations ci-dessus nécessitent l'intervention des spécialistes pour que les alignements soient toujours corrects et compris dans des tolérances étroites. Un autre problème qui se pose réside dans l'étan chéité au lubrifiant des mécanismes à engrenages. Dans la plupart des cas, on utilise des joints d'étanchéité interposés entre le carter et l'arbre, ces joints d'étanchéité étant disposés près de la partie cannelée saillante de l'arbre. Le plus souvent, les joints d'étanchéité sont des joints de forme torique ou des joints dits à lèvre fabriqués en matière synthétique, notamment en élastomère. L'efficacité des joints ci-dessus est bonne et leur résistance souvent satisfaisante, il arrive même fréquemment que les joints forment une gorge dans le métal de l'arbre de sorte que l'arbre est quelquefois inutilisable après une révision car ses cotes sont alors en dehors des tolérances admises. Pour résoudre le problème exposé ci dessus, l'invention crée un nouveau groupe formant cartouche qui constitue en quelque sorte un élément modulaire pouvant être mis en place, retiré et changé sans précaution particulière, sans que l'usinage du carter soit a effectuer suivant des cotes très précises et cela tout en permettant une lubrification par barbotage dans l'huile sans risque de fuite ni risque d'usure de l'arbre. Conformément à l'invention, le groupe formant cartouche à arbre moteur pour mécanisme à engrenages dans lequel une roue d'engrenage est entraînée par un pignon calé à une extrémité d'un arbre présentant à son autre extrémité des cannelures de liaison avec un mécanisme d'ac- couplement, ledit arbre étant supporté dans des paliers euxmêmes disposés dans un carter contenant de l'huile et duquel la partie cannelée de l'arbre fait saillie est caractérisé en ce que certains au moins des paliers sont disposés dans un étui engagé dans le carter, les paliers étant maintenus, d'une part, contre un épaulement de l'étui par un anneau porté par l'étui. et, d'autre part, contre une collerette de l'arbre par un écrou vissé sur un filetage de l'arbre qui est muni, en outre, d'au moins un déflec teur délimitant un labyrinthe à espaces de diamètres variables et de faible section, ledit labyrinthe débouchant, d'une part, à l'intérieur du carter par au moins un canal et, d'autre part, dans une chambre d'un chapeau également relié à l'étui et séparé de l'arbre par un alésage de très faible section. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une coupe-élévation du groupe formant cartouche à arbre moteur pour mécanisme à engrenageS selon l'invention. La fig. 2 est une coupe-élévation analogue à la fig. 1, illustrant une légère variante. A la fig. 1, 1 désigne une roue d'engrenage menée d'un mécanisme réducteur pouvant faire partie d'un pont de transmission, d'un différentiel, d'une bote de vitesses ou autre mécanisme à engrenages. La roue 1 est destinée à être entraînée par un pignon 2 figuré sous la forme d'un pignon conique. Le pignon 2 est formé à l'extrémité d'un arbre désigné dans son ensemble par 3 et qui comporte à partir du pignon 2 une collerette 3a, un tron çon cylindrique 3b, un tronçon en tronc de canne 3c, un tronçon cylindrique 3d, un tronçon décolleté 3e et un tronçon cannelé 3f pour assurer la liaison avec un mécanisme d'accouplement 4 le reliant à un moteur non représenté. La roue d'engrenage 1, de même que l'arbre 3, sont destinés à être disposés dans un carter 5 contenant également d'autres organes, ledit carter étant rempli d'huile jusqu'à un niveau maximum désigné par 6 au dessin. Dans la réalisation de la fig. 1, on met en oeuvre un étui 7 dont la paroi externe forme des portées cylindriques 8 et 9 correspondant à un alésage 10 prévu dans le carter 5; l'alésage 10 présente éventuellement des évidements 11 pour la circulation de l'huile afin d'uniformiser la température des différentes pièces se trouvant à l'intérieur du carter 5. A la fig. 1, l'arbre 3 pouvant devoir tourner à grande vitesse est supporté par deux paliers à rouleaux 12, 13, dont les cages intérieures 12a, 13a sont respectivement enfilées sur le tronçon 3b et sur le tronçon 3d de l'arbre 3. Les poussées axiales que subit l'arbre 3 sont supportées par des paliers de butée à billes 14 dont les cages intérieures 14a sont également enfilées sur le tron çon cylindrique 3d de l'arbre 3. La cage extérieure 12b du palier à rouleaux 12 est engagée dans un décolletage 15 de l'étui 7 dans lequel elle est maintenue par un jonc 16. Les cages extérieures 14b des paliers 14 et 13b du palier à rouleaux 13 sont, ainsi que des cales d'épaisseur telles que 17, engagées dans un second décolletage 18 de l'étui 7, décolletage qui est limité par un épaulement de butée 19. Les cages extérieures 1-4b, 13b ainsi que les cales d'épaisseur 17 sont maintenues serrées les unes contre les autres et contre l'épaulement de butée 19 par un anneau 20 formant une bride 21 qui est fixée, par exemple maintenue par des vis 23, contre une bride 24 formée par l'étui 7. Les cages intérieures 12a du palier à rouleaux 12 sont séparées des cages intérieures 14a des paliers de butée 14 par une entretoise tubulaire 25. Par ailleurs, la cage intérieure 12a est poussée et même serrée contre la collerette 3a de l'arbre 3 par un écrou 26 vissé sur une partie filetée 3g de l'arbre 3, partie filetée qui est formée dans la partie du tronçon cylindrique 3d qui jouxte le tronçon décolleté 3e. Au moins une rainure longitudinale 27 est formée dans la partie filetée 3g pour recevoir une clavette 28 que présente une rondelle 29 dans la périphérie de laquelle sont pratiquées des encoches 30. Le dessin nontre que l'anneau 20 qui est fixé à l'étui 7 forme intérieurement une nervure annulaire 20a qui délimite avec la périphérie de l'écrou 26 un canal étroit 31. Pour que le canal 30 soit de section régulière, la périphérie de l'écrou 26 est de préférence circulaire car cet écrou doit pouvoir tourner dans l'espace ménagé par la nervure 20a lorsque l'arbre 3 tourne. La nervure 20a a pour effet de délimiter avec le palier 13 une chambre 32 dans laquelle est disposé un déflecteur annulaire 33. Le dessin montre que le déflecteursannulaire 33 est à double courbure et que son bord périphérique est très proche, par exemple distant d'environ 1 à 2 mm de l'anneau 20. Un second déflecteur annulaire 34 présentant en section la forme d'un L est serré contre la face tournée vers l'extérieur de l'écrou 26 au moyen de boulons 35 dont un au moins fait saillie dans une encoche 30 de la rondelle 29. L'ouverture laissée libre par l'anneau 20 est fermée par un chapeau 36 qui délimite un alésage 36c de diamètre juste supérieur à celui du tronçon décolleté 3e de l'arbre 3. Le jeu prévu entre l'alésage 36c et l'arbre est, par exemple, de l'ordre du millimètre. Comme le montre le dessin, le chapeau 36 présente te une rainure annulaire 36a formant goutte d'eau qui est tournée vers le tronçon 3e de l'arbre 3 et une seconde rainure annulaire 36b qui est tournee vers la partie cylindrique du second déflecteur annulaire 34. L'espace laissé libre entre le chapeau et la partie cylindrique du second déflecteur annulaire est luimême très faible et de l'ordre également du millimètre. I1 en est de même d'un espace annulaire présen tant une section en U qui est désigné par 37 et qui est délimité par un bord de la nervure 20a de l'anneau 20, la périphérie du second déflecteur 34 et la partie du chapeau 36 qui est engagée dans ledit anneau 20. L'espace annulaire 37 décrit ci-dessus communique par sa partie la plus basse au moyen d'un canal 38 avec une chambre annulaire 39 ménagée dans le second décolletage 18 de l'étui 7 et communiquant par une ou plusieurs lumières 40 avec l'intérieur du carter 5. Le chapeau 36 est lui-même fixé à l'anneau 20 au moyen de vis 41 ou par tout autre moyen connu de la technique. Comme l'illustre le dessin, lorsque l'écrou 26 est convenablement serré sa poussée est transmise à la rondelle 29 qui serre le déflecteur annulaire 33 contre la cage intérieure 13a du palier à rouleaux 13, ladite cage intérieure 13a transmettant la poussée aux cages intérieures 14a des paliers 14 à l'entretoise 25 et à la cage intérieure 12a du palier 12, la réaction étant assurée par la collerette 3a. La mise en place des boulons 35 assure non seulement le maintien du second déflecteur 34 mais empêche aussi tout desserrage de l'écrou 26 puisqu'un au moins entre dans une encoche 30 de la rondelle 29 qui comporte la clavette 28 immobilisée dans la rainure 27. L'ensemble décrit ci-dessus est destiné à tourner en même temps que l'arbre 3, les paliers étant lubrifiés par l'huile dont le niveau fait que tous les paliers baignent partiellement ainsi que l'illustre le trait désigné par 6 lorsque l'arbre 3 ne tourne pas. Le dessin montre également que le niveau de l'hui- le fait que de l'huile entre dans une partie de l'espace annulaire en U 37 et, par conséquent, atteint la partie basse de la chambre 42 formée à l'intérieur du chapeau 36 et ccrtuniquant avec l'extérieur par l'alésage 36c du chapeau 36. La description qui précède montre également que les cages extérieures des différents paliers sont maintenues immobiles à l'intérieur de l'étui 7. On voit par ce qui précède que la mise en place et éventuellement le démontage et le remplacement de l'arbre moteur 3 peuvent être effectués par un personnel peu qualifié. En effet, tout l'ensemble compris à l'intérieur de l'étui 7 peut facilement être monté en usine et cet ensemble qui forme en quelque sorte une cartouche est simplement engagé dans l'alésage du carter dont les tolérances d'usinage peuvent être relativement importantes pour des pièces mécaniques et qui, de toute façon, ne nécessitent pas d'opération de rectification précise puisqu'il y a simple coulissement de l'étui et de la cartouche dans ledit alésage 10. Le calage axial précis du pignon 2 par rapport à la roue d'engrenage 1 s'effectue au moyen d'une cale d'épaisseur 43. Lorsque l'arbre 3 tourne pour entraîner la roue 1, les paliers sont lubrifiés par barbotage et de l'huile est projetée sur toute la périphérie interne de l'étui 7 et évidemment entre les bagues externe et interne des paliers. De l'huile cir-cule aussi par les canaux 40 et le ou les évidements 11 pour à la fois assurer la lubrification et une égalisation des températures. De l'huile ne peut cependant pas s'écouler vers le tronçon cannelé 3f de l'arbre 3. En effet, l'huile amenée dans la chambre 32 est centrifugée contre la paroi de plus grand diamètre de cette chambre par le déflecteur 33 de sorte que de l'huile n'a que peu ou pas tendance à passer dans le canal 31 prévu entre la paroi annulaire de la nervure 20a et de la périphérie de l'écrou 26. L'huile qui cependant se trouvait initialement dans le canal 31 avant que l'arbre 3 tourne et dans l'es- pace 37 est centrifugée puisque le second déflecteur an nulaire 34 tourne et que le canal 38 permet de faire s'écouler l'huile centrifugée dans la chambre annulaire 39 communiquant avec l'intérieur du carter. Ce canal évacue donc également l'huile qui pourrait parvenir jusqu ' à la chambre 42 qui communique avec l'espace annulaire 37 ce qui tend donc toujours à faire ramener l'huile dans le carter. Si à la limite de l'huile couvrant les parois de la chambre 42 avait tendance à mouiller la périphérie de l'arbre 3, on doit constater que cette huile serait centrifugée puisque le tronçon décolleté 3e de l'arbre 3 est de diamètre plus petit que la partie 3q qui est filetée et que l'huile mouillant l'arbre aurait ainsi tendance à remonter vers l'intérieur de la chambre 42. De toute façon, la rainure 36b formant goutte d'eau constitue un réceptacle limitant l'échappement de l'huile vers l'alésage 36c. On voit, par conséquent, que les chances que de l'huile suinte par l'alésage 36c sont extrêmement faibles et alors dans ce cas la rainure annulaire 36a formant goutte d'eau empecherait des suintements vers l'extérieur. La fig. 2 illustre une légère variante pouvant être mise en oeuvre lorsque l'arbre 3 est destiné à tourner à vitesse plus lente que dans la réalisation de la fig. 1. Dans ce cas, il est possible de supprimer les paliers de butée 14 et de les remplacer par des paliers coniques à rouleaux 141 ce qui permet supplémentairement de supprimer les paliers 13 décrits précédemment. La simplification décrite ci-dessus rend possible le plus souvent de réduire la longueur de l'étui pour n'utiliser qu'un étui 7a s'étendant jusqu'à l'épaulement 19. Dans ce cas, le palier à rouleau 12 est mis en place directement dans la partie d'alésage lOa du carter 5. Toutes les autres parties du groupe formant cartouche sont réalisées de même manière et portent, par con séquenti les mêmes numéros de références. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportees sans sortir de son cadre. En particulier, les types de paliers représentés et décrits peuvent être remplacés par d'autres paliers connus dans la technique. REVENDICATIONS 1 - Groupe formant cartouche à arbre moteur pour mécanisme à engrenages dans lequel une roue -d'engrenage est entraînée par un pignon calé à une extrémité d'un arbre présentant, à son autre extrémité, des cannelures de liaison avec un mécanisme d'accouplement, ledit arbre étant supporté dans des paliers eux-mêmes disposés dans un carter contenant de l'huile et duquel la partie cannelée de l'arbre fait saillie, caractérisé en ce que certains au moins des paliers (13, 14) sont disposés dans un étui (7) engagé dans le carter (5), les paliers (13, 14) étant maintenus, d'une part, contre un épaulement (19) de l'étui (7) par un anneau (20) porté par l'étui et, d'autre part, contre une collerette (3a) de l'arbre (3) par un écrou (26) vissé sur un filetage (3q) de l'arbre qui est muni en outre d'au moins un déflecteur (33, 34) délimitant un labyrinthe à espaces de diamètres variables et de faible section, ledit labyrinthe débouchant, d'une part, à l'intérieur du carter par au moins un canal (38) et, d'autre part, dans une chambre (42) d'un chapeau (36) également relié à l'étui (7) et séparé de l'arbre par un alésage (36c) de très faible section. 2 - Groupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étui (7) contient tous les paliers (12, 13, 14) pour le support de l'arbre. 3 - Groupe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étui est disposé dans le carter dans une position pour laquelle le niveau (6) de l'huile contenue dans ledit carter baigne une partie au moins de tous les paliers lorsque l'arbre (3) est au repos. 4 - Groupe selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu deux déflecteurs annulaires successifs entre le dernier palier (13) et l'alésage du chapeau (36) entourant la partie (3) de l'arbre (3) présentant la partie cannelée (3f). 5 - Groupe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le chapeau (36) délimite au moins une rainure (36b) tournée vers l'intérieur de la chambre (42) qu'il délimite. 6 - Groupe selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce quelle chapeau (36) délimite au moins une rainure (36a) dans l'alésage (36c) qu'il présente et par laquelle passe l'arbre (3). 7 - Groupe selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie (3e) de l'arbre (3) passant par l'alésage (36c) du chapeau (36) est décolletée par rapport à la partie immédiatement suivante (3g) de l'arbre (3). 8 - Groupe selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les paliers sont maintenus serrés par leur cage intérieure et contre, au moins, une entretoise à la périphérie de l'arbre (3) par un écrou (26) vissé sur une partie filetée (3g) dudit arbre (3), ledit écrou serrant une rondelle (29) assurant le maintien d'un déflecteur annulaire (33) saillant dans une chambre (32) délimitée en deça d'une nervure (20a) que présente intérieurement l'anneau (20) fixé à l'étui (7) et retenant les cages extérieures des paliers. 9 - Groupe selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la rondelle (29) serrée par l'écrou (26) comporte une clavette (28) et des encoches (30) dans l'une au moins desquelles fait saillie un boulon (35) de retenue d'un déflecteur (34) coopérant avec l'anneau de maintien des cages extérieures des paliers et avec le chapeau (36) pour délimiter un labyrinthe (37).