Brevet FR2572477A1 — publié le 19860502

Cette invention se rapporte à des accouplements homocinétiques et plus particulièrement à une forme perfectionnée d'un accouplement homocinétique qui emploie des matériaux élastomères. Des accouplements flexibles emboîtés sont bien connus et sont de divers types, comprenant des accouple- ments homocinétiques ou à vitesse constante. Des exemples d'accouplements emboîtés pour deux arbres alignés sont présentés par les brevets US 3 545 585 et 3 724 239. Les accouplements homocinétiques sont une forme spécifique d'accouplements emboîtés et soht donnés à titre d'exemple par les brevets US NOs 1 022 909, 1 394 701, 1 522 351, 2 010 899, 3 066 502 et 4 368 050 et les références qui y sont citées. De simples accouplements en élastomère sont connus qui se composent de deux plaques rigides (ou cylindres) ayant une couche d'élastomère entre elles. De tels accouplements ne sont pas rigides en couple; ils ne sont pas non plus bien caractérisés en tant qu'accouplements homocinétiques. Certaines formes plus avancées d'accou- plements en élastomère contiennent des éléments rigides dans l'élastomère afin de servir d'organes transmettant le couple. De tels accouplements ont tendance à présenter des capacités supérieures de défaut d'alignement que de simples accouplements du type à cisaillement, et certains d'entre eux présentent des caractéristiques homocinétiques. Cependant, de tels accouplements ne sont typiquement pas rigides en couple. D'autres formes d'accouplements en élastomère utilisent des éléments en élastomère non collés pris en sandwich entre des moyeux rigides avec des doigts qui font saillie dans l'élastomère. Cette forme d'accouple- ment présente une rigidité relativement élevée en torsion et n'a habituellement pas une caractéristique de vitesse constante et s'adaptent fortement au mouvement par un glissement de l'élastomère le long des doigts d'accouplement. La présente invention a pour objet principal de produire un accouplement collé offrant un comportemeht homocinétique, 2 2572477 qui soit rigide en torsion, et qui permette des mouvements par cisaillement de l'élastomère. La combinaison souhaitée des résultats est atteinte par un agencement unique des éléments de l'accouplement. Un objet plus spécifique de l'invention consiste à former un accouplement en élastomère rigide en torsion que l'on peut utiliser pour transmettre un couple tout en permettant des défauts d'alignement angulaire, axial et parallèle des arbres. iO Un autre objet spécifique de l'invention réside dans un accouplement qui est caractérisé par un agencement unique d'organes collés rigides(en plastique) et flexibles (élastomères) qui se combinent pour produire un dispositif rigide en couple et à vitesse constante, qui a une meilleure durée d'utilisation (en comparaison aux accouple- ments antérieurs en élastomère) du fait de l'équilibrage des efforts dans l'élastomère. La présente invention a pour autre objet de produire un accouplement en élastomère perfectionné ob des moitiés mâle et femelle identiques peuvent être moulées puis assemblées pour produire un accouplement fini. Ces objets et d'autres de l'invention sont atteints en prévoyant un accouplement homocinétique qui se compose d'une moitié mâle et d'une moitié femelle, chacune étant caractérisée par un moyeu fait d'un matériau rigide,d'un certain nombre d'éléments de trans- mission du couple faits d'un matériau rigide, et des sections en élastomère reliant le bout de tube ou moyeu et les éléments de transmission du couple. L'accouplement offre l'avantage que les deux moitiés peuvent être moulées dans un seul moule, les parties d'adaptation de la moitié mâle étant ajoutées après avoir accompli le moulage. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple 3 2572477 illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un accouplement constituant une forme préférée de la présente invention; - la figure 2 est une vue latérale en élévation du même accouplement; - la figure 3 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne 3-3 de la- figure 2; et - la figure 4 est une vue latérale en élévation du même accouplement o les deux moitiés sont encapsulées dans un élastomère. Sur les diverses figures, des chiffres identiques de référence indiquent des pièces identiques. Les objectifs ci-dessus sont atteints en prévoyant un accouplement du type en élastomère qui se compose d'une moitié mâle moulée et d'une moitié femelle moulée qui sont assemblées. Chaque moitié de l'accouplement se compose d'un ensemble de moyeu rigide consistant en un moyeu central avec un certain nombre de rayons rigides faisant saillie radialement, un élastomère moulé au moyeu et aux rayons faisant saillie radialement et un certain nombre d'éléments rigides de transmission du couple qui sont noyés dans l'élastomère entre les rayons faisant saillie radialement. L'élastomère remplit la zone entre et maintient mécaniquement le moyeu aux éléments de transmission du couple. Dans un mode de réalisation préféré, les organes de transmission du couple sont configurés afin de permettre aux couches d'élastomère entre les organes de transmission du couple et les rayons du moyeu d'avoir une épaisseur constante afin de permettre un équilibrage de l'effort de cisaillement et de compres- sion. Une autre caractéristique de l'invention consiste à "creuser" l'élastomère entre le moyeu et les éléments de transmission du couple afin d'ajuster Le degré de raideur de l'accouplement. Les deux moitiés de l'accouple- ment peuvent être identiques à l'exception des 4 2572477 caractéristiques d'adaptation ou d'emboîtement. Comme modification de l'invention, un matériau élastomère peut également être utilisé pour encapsuler mécaniquement chacune des deux moitiés correspondantes, notamment la totalité de l'ensemble du moyeu et des parties des éléments de transmission du couple pour amé- liorer la résistance du collage et la durée d'utilisation. D'autres caractéristiques-de l'invention deviendront mieux apparentes dans la description qui suit. En se référant maintenant aux figures 1 à 3, l'accouplement se compose d'une moitié femelle ou compo- sant 2A et d'une moitié mâle ou composant 2B qui sont moulées séparément puis fixées l'une à l'autre à la manière décrite ci-dessous. La moitié femelle 2A de l'accouplement comprend une unité de moyeu consistant en une section de moyeu cylindrique 4 et trois rayons 6 s'étendant radialement qui forment des extensions venant de matière du moyeu. Dans ce mode de réalisation préféré, les rayons 6 ont des côtés divergents 7 et 8 (en réalité, comme le montre la figure 3, chacun des rayons est généralement d'une forme semblable en coupe transversale, à un trapézoide). L'unité de moyeu est moulée en un matériau rigide, c'est- à-dire raide, de préférence une matière plastique comme de l'acrylonitrile-butadiène-styrène ("ABS"). Egalement espacés et situés entre les trois rayons en saillie 6, il y a trois éléments rigides 9 de transmission du couple faits du même matériau que le moyeu 4 et les rayons 6. De préférence, comme montré sur la figure 3, chaque élément 9 de transmission du couple a une forme en section transversale généralement trapé- zoidale. Ces éléments de transmission du couple sont moulés et collés à et supportés par des éléments de connexion 12 en élastomère qui, à leur tour, sont moulés et collés à et supportés par le moyeu et les rayons de l'ensemble du moyeu. Comme le montre la figure 3, les éléments de connexion en élastomère 12 sont essentiellement 2S72477 en section transversale en U, comprenant des sections de branche divergentes 14 et 16 s'étendant radialement et une section latérale de connexion 18 qui s'étend autour de parties du moyeu 4. Pour l'équilibrage des contraintes, l'épaisseur des sections 12, 14 et 16 est contrôlée selon la raideur de l'élastomère dont les éléments 12 sont faits. Les éléments de connexion 12 en élastomère ont des surfaces avant et arrière 20 et 21 qui sont à fleur avec les surfaces avant et arrière corres- pondantes 22 et 23 des rayons 8. Le moyeu 4 est pourvu d'un trou borgne ou perçage axial 28 pour recevoir un arbre (non représenté) qui peut être un arbre mené ou menant. Un trou fileté 30 s'étendant radialement dans le moyeu est prévu pour recevoir une vis de réglage (non représentée) pour fixer le moyeu à un arbre menant ou mené. Une autre méthode consiste à mouler un trou borgne axial en forme de "D" dans le moyeu pour recevoir un arbre ayant une base plate. Comme on peut le voir sur la figure 1, les éléments 9 de transmission du couple font saillie vers l'avant des surfaces avant des éléments en élastomère, donc une partie avant 32 des éléments de transmission du couple est disponible pour le couplage à un élément correspondant de transmission du couple du composant mâle. Chacun des éléments de transmission du couple de la section d'accouplement femelle est pourvu d'un trou borgne 34 à son extrémité avant. Les trous 34 s'étendent parallèlement à l'axe du moyeu. La moitié mâle 2B de l'accouplement est identique à la moitié femelle à l'exception qu'elle a un certain nombre de broches ou poteaux 38 de connexion qui sont intégralement formés qui font saillie vers l'avant des extrémités avant de ses éléments 9 de transmission du couple. Les poteaux 38 sont dimensionnés pour s'adapter dans les trous borgnes 34 des éléments de transmission du couple de la moitié femelle de l'accouplement. Les 6 2572477 poteaux de connexion sont de préférence fixés aux éléments de transmission du couple de la partie femelle de l'accouplement par un adhésif. Comme autre mesure, ils peuvent être fixés aux composants femelles par collage par ultrasons,ajustement à pression ou par toute autre méthode appropriée. Lorsque les deux moitiés d'accouplement sont assemblées, les surfaces extrêmes avant 40 des éléments de transmission du couple des deux moitiés viennent de préférence en engagement l'une avec l'autre à la manière montrée sur la figure 2. Lorsque l'accouplement est monté à et entre un arbre menant et un arbre mené, l'accouplement produit une connexion homocinétique entre les deux arbres. De ce point de vue, il faut noter que l'accouplement est rigide en torsion. Par ailleurs, il tient également compte des mouvements par une déformation du type cisaillement des éléments de connexion 12 en élastomère. Plus particulière- ment, dans le cas de non alignement angulaire, axial ou parallèle des arbres, les sections d'élastomère 12 sont sujettes à une déformation en mode de cisaillement par les éléments de transmission du couple. Les sections en élastomère se fléchiront sous les forces du défaut d'alignement en mode de cisaillement. Par ailleurs, tandis que l'arbre menant impartit un couple à l'accouple- ment, les éléments en élastomère agissent collectivement en tant que connexion sensiblement rigide en torsion entre le moyeu 4 et les rayons 6 d'une part et les éléments 9 de transmission du couple d'autre part. Les éléments en élastomère subissent le cisaillement uniformément autour des organes flottants, afin de produire un accouplement homocinétique. De ce point de vue, il faut noter que les moitiés d'accouplement ont des raideurs égales, donc l'action de cisaillement est également distribuéeentre les deux moitiés de l'accouplement. Une caractéristique importante de l'invention réside dans la manière dont les éléments de transmission du couple et les sections de connexion en élastomère sont configurés. La forme trapézoidale montrée sur la figure 3 est importante car elle permet aux sections 14 et 16 des éléments de connexion 12 en élastomère d'avoir une épaisseur égale le long de leur dimension radiale, facilitant ainsi l'équilibrage des contraintes. On comprendra que les deux organes d'accouplement sont de préférence faits en utilisant des méthodes conventionnelles de moulage. A titre d'exemple et sans limiter l'invention, l'ensemble du moyeu et les éléments 9 de transmission du couple peuvent être préformés par des techniques de moulage par compression ou par injection. Alors, l'ensemble du moyeu et le nombre approprié d'éléments de transmission du couple sont placés dans un moule approprié de compression et les sections en élastomère 12 sont moulées in situ afin d'être collées à l'ensemble du moyeu et aux éléments de transmission du couple. Divers matériaux peuvent être utilisés-pour fabriquer l'unité- du moyeu et les éléments de transmission du couple. De préférence, ces composants sont faits en une résine thermoplastique afin de faciliter leur moulage dans un équipement conventionnel de moulage. A titre d'exemple, ces composants pourraient être faits en polypropylène ou en une composition de polyméthyl méthacrylate ayant la raideur requise. De même, les sections en élastomère 12 peuvent être faites de divers matériaux connus des personnes compétentes en la matière, ayant l'élasticité requise. Ainsi, par exemple, les sections en élastomère 12 peuvent être faites en une matière élastomère thermoplastique. De ce point de vue, il faut noter que le terme "élastomère thermoplastique" est déjà connu des personnes compétentes en la matière comme cela est mis en évidence par Tobolsky et autres, Polymer Science and Materials, page 277, Wiley-Interscience (1971) ; et qu'une grande variété de tels matériaux existe comme cela est révélé par B. A. Walker, Handbook of 8 25724 -77 Thermoplastic Elastomers (1979). D'autres élastomères appropriés comme des élastomères de synthèse ou naturels comme des élastomères de butadiène, de silicone et de néoprène, peuvent être utilisés dans la mise en pratique de la présente invention. Comme on peut le voir sur la figure 3, il est prévu de former un trou arqué ou cavité 44 dans la section de connexion 18 des éléments de connexion en élastomère. Ces sections creuses ou trous 44 sont prévus pour ajuster la raideur et également pour faciliter l'équilibrage des contraintes. Les dimensions des trous 44 sont ajustées selon les conditions de raideur et d'équi- librage des contraintes. Ces trous peuvent être formés par un organe approprié de creusement placé dans le moule qui est utilisé pour former la section particulière de la moitié de l'accouplement. Une autre modification est illustrée sur la figure 4. Dans cette modification, les deux moitiés de l'accouplement sont encapsulées dans une gaine en élasto- mère 50 (montrée en pointillé) afin d'étendre la durée utile de l'accouplement. Il est préférable que la gaine en élastomère 50 soit appliquée de façon à ne couvrir que les rayons 6, les sections de connexion 12 et les parties des éléments 9 de transmission du couple. Cependant, les parties 32 faisant saillie vers l'avant des éléments de transmission du couple et les poteaux ne sont pas couverts par l'élastomère encapsulant. L'élasto- mère encapsulant est limité en épaisseur pour des raisons de prix et également afin de ne pas interférer avec le fonctionnement de l'accouplement. De préférence, la gaine en élastomère a une épaisseur d'environ 0,25 mm. La gaine en élastomère ou encapsulage peut être formé en plaçant la moitié de l'accouplement dans un second moule approprié et en moulant par compression la gaine en élastomère autour de l'accouplement. On peut la former en un élastomère qui est le même que ou différent du matériau élastomère des éléments de connexion 12. 25724-77 L'invention présente un certain nombre d'avantages. D'une part, l'invention est simple à réaliser, peut être fabriquée en utilisant des techniques - simples et bien connues de moulage, ne nécessite pas de matricescompliquéesde moulage et permet de concevoir l'accouplement afin de garantir un équilibrage des contraintes tout en préservant des caractéristiques rigides de transmission du couple. Un autre avantage réside dans le fait que les deux moitiés de l'accouplement sont virtuellement identiques, à l'exception que l'accou- plement femelle est pourvu des trous 34 pour recevoir les poteaux 38 de l'accouplement mâle. Si on le souhaite, les poteaux 38 ne doivent pas nécessairement être formés en tant qu'extensions intégralement moulées des éléments de transmission du couple de la moitié mâle de l'accouplement. Au contraire, la section mâle peut être moulée comme une section femelle puis les poteaux 38 (préformés séparément) peuvent être insérés dans les trous 34 de la section femelle et y être fixés (par exemple par un ciment, un ajustage à pression ou un collage par ultrasons) afin de former une section mâle correspondant à la moitié d'accouplement 2B. I1 faut également noter que l'invention peut être modifiée d'autresfaçons.Ainsi, par exemple, le nombre de rayons et d'éléments de trans- mission du couple peut être modifié, par exemple chaque moitié d'accouplement peut avoir quatre ou cinq rayons et éléments de transmission du couple. De même, l'ensemble du moyeu et les éléments de transmission du couple ne doivent pas nécessairement être faits du même matériau (cependant, l'ensemble du moyeu et l'élément de trans- mission du couple doivent être faits d'un matériau relati- vement raide ou rigide). De même, les faces avant des éléments de transmission du couple ne doivent pas néces- sairement être plates et ne doivent pas être directement en engagement l'une avec l'autre. La forme des éléments de transmission du couple peut également être modifiée. 2572477 Ainsi, par exemple, les surfaces externes s'étendant circonférentiellement des éléments de transmission du couple ne doivent pas nécessairement être courbées comme ou être à fleur avec les surfaces externes s'étendant circonférentiellement des rayons et/ou des sections 12 en élastomère. On peut noter que d'autres techniques de fabrication peuvent être employées pour produire des accouplements selon la présente invention. Ainsi, par exemple, les deux moitiés d'accouplement peuvent être faites par un processus de moulage par co-injection comme celui décrit dans le brevet US NO 4 385 025, du 24 Mai 1983 au nom de Charles M. Salerno et autres, pour Vibration Isolators And Manufacture Thereof By Co- Injection Molding. il 2-572477 R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Accouplement sensiblement homocinétique caractérisé en ce qu'il comprend: des premier et second éléments correspondants (2A, 2B); lesdits premier et second éléments correspondants comprenant chacun: 1) un moyeu (4) et un certain nombre de rayons (6) mutuellement espacés faisant saillie vers l'extérieur dudit moyeu; (2) un certain nombre d'éléments de transmission du couple ( 9) placés entre lesdits rayons; et (3) un certain nombre d'éléments de connexion en élastomère (12) reliés audit moyeuet auxdits éléments de transmission du couple; lesdits éléments de transmission du couple faisant saillie vers l'avant dudit moyeu; l'un desdits organes correspondants (2A) ayant des cavités dans ses éléments de transmission du couple et l'autre desdits organes correspondants (2B) ayant des protubérances sur ses éléments de transmission du couple qui sont reçues par lesdites cavités, ainsi lesdits éléments correspondants sont couplés l'un à l'autre. 2.- Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les protubérances précitées sont des poteaux (38) collés aux éléments de transmission du couple de l'autre organe correspondant précité. 3.- Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rayons précités ont une dimension circonférentielle qui augmente avec l'augmentation de la distance du centre du moyeu précité. 4.- Accouplement selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments précités de transmission du couple ont une dimension circonférentielle qui augmente avec l'augmentation de la distance du centre de la section 12 2572477 du moyeu. 5.- Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les protubérances précitées font corps avec l'autre organe correspondant précité. 6.- Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments précités de transmission du couple sont faits en un matériau raide. 7.- Accouplement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments précités de transmission du couple sont faits en une matière plastique de résine synthétique. 8.- Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyeu précité et les rayons précités sont faits en un matériau raide. - 9.- Accouplement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la section de moyeu précitée et les rayons précités sont faits en une matière plastique de résine synthétique. 10.- Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyeu précité et les rayons précités sont faits du même matériau que les éléments précités de transmission du couple. Il.- Accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second organes correspondants précités sont faits par une opération de moulage.