Brevet FR2569791A1 — publié le 19860307

Le dispositif qui fait l'objet de l'invention concerne le blocage pendant un temps plus ou moins long d'une pièce de révolution dans un alésage suivi du déblocage de cette pièce. Le blocage ainsi réalisé permet d'empêcher le déplacement relatif de la pièce de révolution dans le sens axial, par rapport à l'alésage, sous l'action d'un effort de traction. Ce dispositif concerne en particulier le blocage de pièces de révolution de tous types, mobiles,avec un faible jeu,dans le sens axial, à l'intérieur d'alésage correspondant. I1 concerne, en particulier, des pièces de vérins hydrauliques ou hydropneumatiques. La demande examinée de brevet allemand DE-AS 1 284 303 décrit figure 2 un dispositif permettant le blocage d'une pièce complexe (25-26), ayant une forme générale de révolution, à l'intérieur de l'alésage d'un cylindre (2). La pièce (25-26) comporte elle-même un alésage cylindrique dans lequel se déplace un piston différentiel (28). Ce dispositif de blocage comprend un anneau de serrage (24) placé dans un logement annulaire qui entoure la pièce (25-26). Un fluide sous pression provoque la dilatation éiastique de l'anneau qui vient exercer une force de serrage sur l'alésage du cylindre (2) et bloquer ainsi le déplacement axial de la pièce (25-26). Pour empêcher les fuites de fluide, entre les bords frontaux de l'anneau et les bords correspondants du logement, un joint d'étanchéité annulaire préformé (29) recouvre la paroi intérieure de l'anneau et comporte des lèvres qui viennent en appui étanche contre les parois latérales du logement. L'expérience a montré que si on utilise un métal, il est très diffi exile de réaliser un anneau de serrage tel que l'anneau (29) ayant une course radiale suffisante sous l'action des pressions de fluide habituelliement mises en jeu, pour obtenir un blocage efficace. Les matériaux autres que les métaux, tels que les matières plastiques, ne conviennent pas non plus car ils ont de trop faibles coefficients de frottement ou sont sujets à usure par frottement. Par ailleurs on a constaté que les joints, tels que le joint (29), ont tendance à s'extruder à travers les jeux entre l'anneau et les parois du logement, et donc à se détruire peu à peu au cours des cycles successifs de blocage-déblocage. La demande examinée de brevet allemand DE-AS I 216 633 décrit un dispositif de blocage d'un tube cylindrique de révolution dans l'alésage correspondant d'une tête d'épreuve hydraulique. Ce dispositif, comme le montrent les figurent 1 à 3 comporte une douille de serrage (9) annulaire qui est entourée d'une manchette d'étanchéité (10). Cet ensemble est placé dans un logement annulaire, réalisé dans l'alésage de la tête d'épreu va, et entoure donc le tube (R). Une arrivée de fluide sous pression en (C) permet de serrer la douille (9) sur les parois du tube (R). Cette douille (9) est un tube métallique mince qui comporte des fentes incom- plètes, parallèles aux génératrices, qui débouchent alternativement à 1' une, puis à l'autre extrémité frontale de la douille.La manchette (10) comporte à ses extrémités des bords annulaires en forme de lèvres qui viennent en appui étanche sur les bords du logement annulaire. On a constaté que, pour qu'une telle manchette soit effectivement étanche, elle doit être réalisée en un élastomère de dureté pas trop élevée. Dans ces conditions la matière de cette manchette tend à fluer à travers les fentes de la douille et aussi entre les bords frontaux de celle-ci et les parois du logement. I1 y a donc destruction progressive de la manchette u1 cours de cycles successifs de blocage-déblocage. On a recherché la possibilité de réalisé un dispositif de blocage temporaire d'une pièce de révolution dans un alésage, comportant une douille, placée dans un logement annulaire, qui est poussée radialement par un fluide de commande en direction d'une paroi, mobile axialement de façon relative par rapport à cette douille, de façon que cette douille vienne en appui sur cette paroi et bloque son déplacement. On a recherché aussi la possibilité de réaliser un tel dispositif capable d'une action efficace de blocage vis à vis d'un effort de traction ou compression élevé, exercé de façon relative sur la pièce de révolution par rapport à l'alésage. On a cherché enfin à réaliser un dispositif capable d'exécuter un grand nombre de cycles de blocage-déblocage sans usure anormale et sans fuites notables de fluide de commande. Le dispositif qui fait l'objet de l'invention, permettant le blocage temporaire d'une pièce de révolution dans un alésage, comporte une douille de serrage en forme d'anneau, placée dans un logement annulaire réalisé dans l'une des deux deux parois en regard, d'une part de la pièce de révolution et d'autre part de l'alésage, qui sont aptes à glisser l'un à l'intérieur de l'autre avec un faible jeu. Le fond de ce logement annulaire est en relation avec une arrivée d' un fluide de commande sous pression. La douille de serrage est métallique et comporte une fente qui traverse complètement la paroi annulaire d'un d'un bord frontal à l'autre ; une manchette de révolution rigide, réalisée en un matériau de module d'élasticité en traction inférieur à 10 000 MPa, est placée dans le logement annulaire entre la douille et le fond du logement ; au moins un joint en élastomère placé entre la manchette et le fond du logement ferme de façon étanche l'espace annulaire compris entre la manchette et le fond du logement annulaire au voisinage de chacune des extrémités de la manchette La manchette rigide est de préférence réalisée en une matière plastique ayant un module d'élasticité en traction supérieur à 1000 MPa. De préférence on utilise au moins deux joints toriques an élastomère disposés entre la manchette et'îe fondu logement, l'un au voisinage d'un des deux bords du logement annulaire, et l'autre au voisinage de l'autre bord de ce logement. Avantageusement, on intercale, entre chaque bord de logement et le joint torique adjacent, au moins une première bague de révolution rigide en un matériau dont le module d'élasticité en traction est inférieur à 10 000 MPa.Cette bague comporte au moins une surface la -térale de révolution, inclinée de façon telle, qu'une pression axiale exercée sur cette bague par le joint torique, sous l'action du fluide de commande, provoque au niveau de cette surface latérale inclinée une réaction ayant une composante radiale dirigée vers la manchette.De préférence la première bague présente du côté qui est en regard de la manchette un bord cylindrique, tandis que ses parois latérales convergent en direction du fond du logement annulaire. Avantageusement aussi une deuxième bague d'appui de révolution rigide, réalisée également en un matériau semblable, est intercalée entre chacun des bords du logement et une première bague, de façon qu'une paroi latérale inclinée de la première bague soit en regard d'une paroi latérale de même inclinaison de la bague d'appui et vienne en contact avec celle-ci lorsqu'une pression axiale est exercée par le fluide de commande sur la première bague par l'intermédiaire du joint torique. Avantageusement, des anneaux de renforcement maintiennent la manchette rigide du côté qui regarde vers l'extérieur du logement annulaire au droit des dispositifs-dlétanchéitssé au voisinage de chacune des deux extrémités de la manchette. De préférence la manchette rigide ainsi que les bagues de révolution sont réalisées dans un matériau dont le module d'élasticité en traction est au moins égal à 10 000 MPa. Pour accrôitre la pression de contact de la douille métallique, on peut réaliser sur la surface de celle-ci qui regarde la paroi en regard, contre laquelle elle sera appliquée, des inégalités de surface, telles que des rainures de relativement faible profondeur. Le dispositif suivant 1'invention convient particulièrement bien réaliser des blocages énergiques faisant obstacle au déplacement axial de la pièce de révolution par rapport à la paroi en regard, sous l'action d'efforts de traction relativement élevés. En effet l'utilisation de douilles métalliques, telles que des douilles en bronze, permet d'avoir un coefficient de frottement suffisant sur l'alésage. De plus l'utilisation d'une manchette à bas module d'élasticité en traction, associé à une douille métallique fendue, permet d'obtenir pour une faible pression du fluide de commande, le rattrapage du jeu radial existant au repos entre la douille et la paroi en regard. Dans ces conditions il est facile d'atteindre une pression de fluide de commande pour laquelle la force de serrage exercée par la douille sur la paroi en regard assure un blocage efficace.L'utilisation, en combinaison avec des joints toriques, de bagues qui se dilatent radialement en venant en appui sur la manchette permet d'éviter tout risque de fluage du joint torique à travers des intervalles existants entre les bords frontaux de la manchette etes bords du logement annulaire. Enfin les anneaux de renforcement empêchent les déformations permanentes de la manchette à ses extrémités, sous la pression des joints toriques et des baguas. Les exemples et les figures ci-après permettent de mieux comprendre de façon non limitative des modes avantageux de réalisation de l'invention. Figure 1 : vue en coupe d'un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. Figure 2 : vue en coupe du dispositif suivent figure 1 mais avec modifications. Figure 3 : détail de la figure 1. Figure 4 : vue en coupe d'un dispositif pour lequel on a placé les éléments de blocage dans l'alésage et non plus sur l'arbre. Les figures 1 et 3 représent6une pièce de révolution (1) engagée dans l'alésage (2 A) d'une pièce (2). Un logement annulaire (12) est réalisé à la périphérie de la pièce (1). I1 est limité par les bords (14 A) correspondant à l'épaulement (14) et (8 A) correspondant à la butée annulaire démontable (8). Un canal (13) relie ce logement à une source de fluide sous pression non représentée. Une douille de serrage métallique (3), en forme d' anneau de révolution à paroi cylindrique, est engagé dans le logement de façon que sa surface en regarde l'alésage (2 A) soit séparée de celui-ci par un faible jeu permettant le glissement axial de la pièce (1) dans cet alésage.La douille (3) comporte une fente longitidunale, (3 A) dans le plan de coupe de la figure (1), parallèle à une génératrice, qui traverse la paroi annulaire sur toute son épaisseur et débouche aux -deux extrémités. Une manchette de révolution rigide (4) réalisée dans une matière plastique ayant un module d'élasticité en traction d'environ 1000 à 5000 MPa,est placée dans le logement au contact de la surface interne de la douille. L'étanchéité de l'espace compris entre la manchette (4) et le fond du logement annulaire (12) est assurée au voisinage de chacun des bords (8 A) et (14 A) de façon semblable au moyen d'un joint torique en élastomère (5,9), d'une première bague de révolution rigide (6,10) et d' une deuxième bague de révolution rigide qui sert d'appui (7,11). La figure 3 montre de façon agrandie le fonctionnement de ce dispositif d'étanchéité au niveau du bord (8 A).On voit que les deux bagues (6 et 7) sont intercalées entre le joint torique (5) et le bord (8 A) du logement. On voit que la première bague (6) est du côté du joint torique. Des jeux ont été représentés entre les bagues et entre celles-ci et les parois des - pièces qui les entourent pour mieux décrire leur rôle. La première bague (6) a une paroi cylindrique (6 A) en regard de la paroi intérieure de la manchette. La paroi latérale en regard du joint torique, est orientée de façon radiale, tandis que sa paroi latérale (6 B), en regard de la deuxième bague est inclinée par rapport au rayon et a donc une forme tronconique.La deuxième bague (7) qui sert d'appui a une paroi cylindrique ( 7 A ) qui est en regard du fond du logement ; une de ses parois latérale ( 7 8 ) est en regard du bord ( 8 A ) du logement et présente la même orientation radiale ; sa paroi latérale (7 C) est en regard de la paroi (6 B ) de la première bague et a la même orientation. Ces deux bagues sont réalisées dans une matière plastique rigide analogue à celle qui constitue la manchette (4). On comprend que lorsque le joint torique (5) est poussé axialement en direction du bord (8 A) par la pression du fluide de commande, introduit dans l'espace (12), les bagues (6)et(7) sont appliquées l'une contre l'autre et contre le bord (8 A).La composante radiale de la force de réaction exercée sur les bagues au niveau des parois inclinées (6 B) et (7 C), provoquent en même temps la déformation et le glissement de ces bagues, la paroi (6 A) de la première bague (6) venant s'appliquer sur la paroi interne de la manchette (4), et la paroi (7 A) de la deuxième bague (7) venant s'appliquer sur le fond du logement (12). Ainsi le joint torique (5), même soumis à de très fortes pressions du fluide de commanda, ne rencontre aucune fente à travers laquelle il risquerait de fluer.On remarque en particulier que les jeux (J 1) entre la manchette (4) et la butée annulaire (8) et que le jeu (J 2) entre la butée (8) et la pièce (1), grâce à la disposition des bagues (6) et (7) n'ont pas d'incidence sur ltefficacité et la stabilité du joint torique (5). Comme cela a été dit plus haut, la disposition du joint torique (9) et des bagues (10) et (11) est semblable et le résultat obtenu est le même. On constate ainsi qu'en augmentant la pression du fluide de commande dans le logement (12), la manchette (4) se dilate et applique la douille (3) contre la paroi (2 A) de l'alésage avec une force de serrage qui est fonction de la pression du fluide.Les premières bagues ( (10) accompagnent la manchette (4) dans son déplacement radial en glass contre les deuxièmes bagues d'appui (7) et (11). Comme le montre la figure 2, on peut renforcer les extrémités de la manchette (4) en plaçant des anneaux (15) et (16) du côté de la manchette qui est en contact avec la douille (3). Ces anneaux placés au droit des dispositifs d'étanchéité évitent une dilatation trop importante de la manchette à ses extrémités. Comme le montre par ailleurs la figure 2, ces anneaux (15) et (16) limitent la douille (3) ; la surface de cette douille comporte des rainures (17) qui augmentent la pression de contact sur la paroi (2 A) en particulier dans le cas où cette paroi (2 A) est recouverte d'un film d'huile qui serait ainsi cassé. De très nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif suivant l'invention qui ne sortent pas du domaine de celle-ci. On peut en particulier réaliser le logement annulaire contenant la douille et la manchette dans l'alésage qui entoure la pièce de révolution. Cette pièce comporte alors une surface cylindrique contre laquelle vient s'appliquer la douille de serrage sous l'action du fluide de commande. Ce mode de réalisation de l'invention s'applique en partieulier au cas du blocage d'un tube dans une tête d'épreuve. Le dispositif représenté par la figure 3 en est une illustration. On voit que le dispositif est tout-à-fait semblable dans son principe à ce qui a été décrit précédemment sauf en ce que le dispositif de blocage constitué d'une douille (3), d'un manchon (4) et des éléments eoneour ant à l'étanchéité (5,6,7,9,10,11) sont logés dans la pièce (2) et d'autre part en ce que le blocage relatif de l'arbre (1) par rapport à la pièce (2) se fait par la contraction de la douille (3) autour de lui sous 1' effet de la pression hydraulique appliquée dans la chambre annulaire (12) REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant le blocage temporaire d'une pièce de révolution dans un alésage comportant une douille de serrage en forme d'anneau, placé dans un logement annulaire réalisé dans l'une des deux surfaces en regard de la pièce de révolution et de l'alésage, ce dispositif comportant une arrivée de fluide sous pression dans le fond du logement annulaire qui déplace radialement les parois de la douille de serrage et les applique avec pression sur l'autre surface en regard caractérisé en ce que la douille de serrage (3) est métallique et comporte au moins une fente qui traverse la paroi annulaire sur toute son épaisseur d'un bord frontal à l'autre, eten ce qu'une manchette (4) de révolution, en un matériau rigide, de module d'élasticité en traction inférieur à 10 000 MPa, est placé entre le fondu logement annulaire (12) et la douille, au moins un joint en élastomère (5,9) étant disposé entre la manchette et le fond du logement annulaire de façon à fermer l'espace entre la manchette et le fond du logement au voisinage de chacune des extrémités de la manchette. 2. Dispositif suivant revendication 1 caractérisé en ce que la manchette (4) est réalisée en une matière plastique rigide. 3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que au voisinage de chacun des deux bords latéraux du logement annulaire (12) est placée au moins une première bague (6,10) de révolution en matière plastique rigide,intercalée entre un joint torique en élastomère (5,9) et le bord latéral correspondant (8 A,14 A), la paroi annulaire de cette bague comportant au moins une surface de révolution de forme sensiblement tronconique (6 B) en regard d'une surface d'appui (7 C), la surface (6 B) étant orientée de façon telle qu'une force axiale exercée sur cette bague provoque une réaction ayant une composante radiale en direction de la manchette (4). 4. Dispositif suivant revendication 3 caractérisé en ce que la surface d'appui (7 C) est constituée par la paroi latérale d'une deuxième bague (7,11) de révolution qui sert d'appui et qui est intercalée entre la première bague (6,10) et le bord latéral correspondant (8 A, 14 A) du logement. 5. Dispositif suivant revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que la première bague (6, 10) comporte une paroi cylindrique (6 A) en regard de la manchette et des parois latérales convergentes en direction du fond du logement annulaire. 6. Dispositif suivant revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que la paroi latérale (7 C) de la deuxième bague (7,11) a une forme tronconique de même pente que la paroi latérale en regard (6 B) de la première bague (6,10) et en ce que la deuxième bague (7,ilj comporte une paroi cylindrique (7 A) en regard du tond du logement (12). 7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la manchette (4) et / ou les premières bagues (6,10) et / ou les deuxièmes bagues qui servent d'appui (7,11) est (sont) réalisée (s) en un matériau dont le module d'élasticité en traction est au moins égal à 1000 MPa. 8. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que des anneaux de renforcement (15,16) maintiennent la manchette rigide (4) du côté qui regarde vers l'extérieur du logement annulaire, au voisinage de chacune des extrémités de la manchette. 9. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que on réalise sur la paroi de la douille de serrage,en regard de la paroi (2 A) contre laquelle elle sera appliquée sous pression, des inégalités de surface, telles que. des rainures (17) de relativement faible profondeur.