Brevet FR2563592A1 — publié le 19851031

L'invention concerne un accouplement à griffes pour la compensation de décalages radial, angulaire et/ou axial d'arbres,comprenant une pièce menante au bout de l'arbre d'entrai- nement, une pièce menée au bout de l'arbre entraîné, au moins trois griffes sur la pièce menante, le même nombre de griffes sur la pièce menée et des éléments mobiles de transmission de couple entre les griffes menantes et les griffes menées. On connaît des accouplements à griffes compor- tant des éléments de transmission disposés mobiles entre les griffes. Les éléments de transmission peuvent être rigides et avoir la forme de tonneaux par exemple ou être constitués par des éléments élasti- ques en compression. On connaît aussi des accouplements à griffes avec des coins glissants et une bague élastique (accouplements Keilflex). Tous ces accouplements ont l'inconvénient que la compen- sation possible de décalages est très limitée et que la construc- tion est trop compliquée. De plus, le frottement de glissement qui se produit entre les éléments de transmission et les griffes occa- sionne des pertes par frottement et de l'usure. L'invention vise à créer un accouplement à griffes capable de compenser des décalages radial, angulaire et/ou axial plus importants entre les arbres que les accouplements à griffes connus comportant des éléments de transmission mobiles. De plus, l'accouplement doit avoir une certaine élasticité torsion- nelle, de sorte qu'il est en mesure d'amortir des vibrations tor- sionnelles et des à-coups dans le couple transmis. Selon l'invention, les espaces qui existent sur un accouplement du type défini au début entre les griffes c8té entraînement et les griffes côté entraîné se rétrécissent radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur et les éléments de transmission sont supportés élastiquement. Ces éléments trans- mettent les forces périphériques des griffes de la pièce menante aux griffes de la pièces menée. Généralement, les pièces menante et menée auront la forme de plateaux et les griffes seront disposées avec une répartition uniforme à la périphérie des pièces, de manière qu'elles s'interpénètrent, tout en laissant libres entre elles des espaces intermédiaires pour les éléments de transmission. Ceux-ci sont maintenus appliqués contre les griffes par des forces dirigées radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur. A la transmission de forces périphériques, les éléments de transmission se trouvant devant les griffes menantes, dans le sens du couple à transmettre, sont sollicités en compression, ce qui a pour conséquence que les éléments sortent dans une certaine mesure de l'espace rétréci, par un déplacement radial vers l'extérieur ou vers l'intérieur et à l'encontre des forces élastiques par lesquelles ils sont appliqués contre les griffes. Les éléments de transmission situés derrière les griffes menantes, dans le sens du couple transmis,ne sont pas sollicités par une telle compression. Sous l'effet des forces élastiques, ils peuvent ainsi pénétrer davantage dans les espaces rétrécis. Ainsi, les éléments, tournant sur un trajet circulaire lors- qu'aucun couple n'est transmis, sont alternativement déplacés radia- lement vers l'intérieur et vers l'extérieur sous l'action d'un couple. L'ensemble doit être conçu de manière que la force radiale tendant à faire sortir les éléments des espaces rétrécis ne puisse pas devenir plus grande que la force élastique maintenant les élé- ments appliqués contre les griffes. L'accouplement selon l'invention permet de compenser des écarts angulaires,radiaux et axiaux des arbres, Malgré le fait qu'il utilise des éléments de transmission rigides, il possède une élasticité torsionnelle considérable car les éléments intermédiaires de transmission sont déplaçables radialement à l'encontre de forces élastiques et parce que les déplacements alternativement opposés des éléments voisins s'accompagnent d'une rotation relative des pièces menante et menée. Par conséquent, l'accouplement amortit également des vibrations torsionnelles. - Les espaces recevant les éléments de transmission sont délimités par des faces cunéiformes, ou définissant des coins, des griffes. Ces faces actives des griffes seront généralement planes et parallèles à l'axe de l'accouplement, s'approchent l'une de l'autre vers l'intérieur ou l'extérieur et reçoivent entre elles les éléments de transmission. Ces derniers sont de préférence sphé- riques ou cylindriques. Si les éléments sont convexes ou bombés en direction axiale, donc s'il s'agit de billes ou d'éléments en forme de tonneaux, un décalage angulaire des arbres ne risque pas de produire des pressions sur des arêtes, ce qui est une cause d'usure importante. Selon le mode de réalisation préféré de l'inven- tion, les éléments de transmission sont supportés par une bague élastique qui s'applique intérieurement ou extérieurement contre eux. Il suffit dans ce cas d'un seul organe élastique pour supporter tous les éléments de transmission. La force radiale exercée par cette bague sur les éléments de transmission est fonction de la position qu'occupe l'élément dans le sens radial. Comme les éléments chargés lors de la transmission d'un couple sont déplacés à peu près sur la même distance radiale, les forces radiales exercées sur eux par la bague élastique sont aussi sensiblement les mêmes. Il en va de même pour les éléments qui ne sont pas sollicités à la trans- mission d'un couple. Si la bague élastique s'applique extérieure- ment contre les éléments, elle- peut être entourée d'une bague rigide de limitation. Celle-ci limite la déformation de la bague élastique, de sorte qu'elle ne peut pas être surchargée par les éléments de transmission repoussés vers l'extérieur. Dans le cas d'une bague élastique s'appliquant intérieurement contre les éléments de transmission, une pièce rigide de limitation, sous forme d'une bague par exemple, peut être disposée de façon analogue à l'intérieur de la bague élastique. Cette pièce de limitation a également pour fonction d'éviter la surcharge de la bague élastique par les éléments repoussés vers l'intérieur lors de la transmission d'un couple. La bague élastique peut être soutenue par un élasto- mère, ce qui renforce l'effet d'amortissement lors de vibrations torsionnelles et d'à-coups dans le couple transmis. Selon un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, on utilise des billes comme éléments de transmission et les faces des griffes contre lesquelles s'appliquent les billes sont alternativement inclinées dans des sens opposés par rapport à l'axe. L'inclinaison axiale (inclinaison par rapport à un plan parallèle à l'axe de l'accouplement) des griffes, en plus de leur inclinaison radiale (par rapport à un plan radial), permet d'obtenir un angle de flexion relativement grand sur l'accouplement. Comme dans le cas des joints homocinétiques à billes avec des chemins de roulement croisés pour les billes, l'utilisation d'un nombre pair d'éléments de transmission permet d'obtenir une compensa- tion mutuelle des forces axiales exercées par les billes sous la charge d'un couple, de sorte que les éléments de transmission se placent dans le planbissecteur de l'accouplement en cas de flexion de celui-ci. Les billes sont dans ce cas guidées axiale- ment, notamment par une bague rigide profilée qui a pratiquement la fonction de la cage des joints homocinétiques à billes. Selon un mode -de réalisation particulier de l'invention, chaque élément de transmission est constitué d'une partie centrale cylindrique portant un tourillon axial sur chaque extrémité, ainsi que de rouleaux montés rotatifs sur les tourillons. Les deux faces des griffes voisines, contre lesquelles s'applique l'élément de transmission, sont profilées de manière que la partie centrale puisse seulement rouler sur l'une des faces et que les- rouleaux puissent seulement rouler sur l'autre face. Cette réali- sation des éléments de transmission comme des rouleaux doubles et le profilage correspondant des faces des griffes assurent que l'élément de transmission peut rouler simultanément sur les deux faces, de sorte que le frottement et l'usure sont considérablement diminués, en comparaison par exemple avec un élément de transmission cylindrique simple. Selon un autre mode de réalisation, les éléments de transmission sont montés rotatifs entre deux anneaux élastiquement déformables. Les anneaux peuvent être approchés axialement l'un de l'autre entre les éléments de transmission et les zones ainsi rappro- chés des anneaux peuvent être pourwues de butées. Comme avec les moyens de limitation précités pour la bague élastique-s'appliquant contre le c8té intérieur ou le côté extérieur des éléments de transmission, cette conformation des anneaux limite leur déformation radiale, de sorte qu'ils ne peuvent pas être surchargés. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, les éléments de transmission sont individuellement supportés élastiquement sur un anneau rigide. Alors quel'élasticité torsionnelle de l'accouplement est forcément la même dans les deux sens de rotation lorsque les éléments de transmission sont supportés par une bague élastique commune, le support individuel des éléments, avec des raideurs alternativement différentes des ressorts, permet d'obtenir des élasticités torsionnelles différentes pour les deux sens de rotation. Les éléments de transmission peuvent 8tre supportés par des ressorts hélicoïdaux ou des ressorts à lames par exemple. Quel que soit le mode de réalisation de l'accou- plement, celui-ci permet également de relier l'un à l'autre un arbre plein et un arbre creux, ce qui est fréquemment nécessaire dans les systèmes d'entraînement pour véhicules ferroviaires. Lorsque le nombre d'éléments de transmission est pair et supérieur à quatre, l'accouplement ne présente pas de balourds occasionnés par ces éléments. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue de c8té d'un accouple- ment à griffes selon un premier mode de réalisation de l'invention; -la figure 2 est une coupe transversale à plus grande échelle de l'accouplement de figure 1; - la figure 3 est une coupe suivant la ligne III- III de figure 2; - les figures 4, 5 et 6 sont des vues semblables d'un accouplement à griffes selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; - les figures 7 et 8 sont des coupes transversales d'accouplements à griffes selon un troisième et un quatrième mode de réalisation; - la figure 9 est une vue de c8té d'un accouple- ment à griffes selon un cinquième mode de réalisation; --la figure 10 est une coupe transversale à plus grande échelle de l'accouplement de figure 9; - la figure 11 est une coupe suivant la ligne XI-XI de figure 10; - la figure 12 est une vue de c8té partielle de l'accouplement de figure 10; les figures 13, 14, 15 et 16 sont des vues semblables aux figures 9 à 12 d'un accouplement à griffes selon un sixième mode de réalisation de l'invention; - la figure 17 est une coupe axiale d'un élément de transmission selon un mode de réalisation particulier; - la figure 18 est une représentation schéma- tique d'un accouplement à griffes selon un septième mode de réali- sation de l'invention; - la figure 19 est une coupe partielle montrant une variante de réalisation par rapport à la figure 18; - la figure 20 est une vue en plan partielle de l'anneau porteur d'un huitième mode de réalisation de l'accou- plement selon l'invention, dans lequel les éléments de transmission sont supportés individuellement; - la figure 21 est une coupe suivant la ligne XXI-XXI de la figure 20; et - la figure 22 est une vue en plan partielle avec des arrachements d'un neuvième mode de réalisation de l'accou- plement à griffes selon l'invention. Dans l'exemple des figures 1 à 3, une pièce menante 3 en forme de plateau est formée sur un arbre d'entraî- nement 1 et une pièce menée 4 également en forme de plateau est formée sur un arbre entraîné 2. Cinq griffes cunéiformes 5 sont disposées avec une répartition uniforme, c'est-à-dire avec un angle au centre de 72 , à la périphérie de la pièce menante 3. Cinq griffes cunéiformes 6 sont disposées de la même façon sur la pièce menée 4 en forme de plateau. Dix rouleaux cylindriques 7, contre lesquels s'applique extérieurement une bague élastique 8, sont disposés entre les faces 5a et 6a - formant des coins - des griffes 5 côté entraînement et des griffes 6 côté entraîné. La bague 8 maintient les rouleaux appliqués élastiquement contre les faces 5a et 6a des griffes par des forces radiales. Lors de la transmission d'un couple des griffes 5 aux griffes 6, les rouleaux 7, sollicités en compression pendant cette transmission, sont poussés vers l'extérieur contre la force élastique de la bague 8, tandis que les rouleaux 7 qui ne sont pas sollicités en compression sont enfoncés davantage entre les griffes 5, 6 par la force élastique de la bague 8. Le mode de réalisation des figures 4 à 6 se distingue de celui des figures 1 à 3, outre par le plus faible nombre de griffes, par le fait que les espaces entre les griffes 5 c8té entraînement et les griffes 6 côté entraîné se rétrécissent radialement vers l'extérieur et par le fait que, par voie de conséquence, la bague élastique 8 s'applique contre le côté inté- rieur des rouleaux 7. Pendant la transmission d'un couple, les rouleaux 7 sollicités en compression sont dans ce cas repoussés vers l'intérieur contre les forces radiales de la bague 8, tandis que les rouleaux non sollicités en compression peuvent s'écarter vers l'extérieur sous les forces radiales de la bague 8. La figure 7 montre un mode de réalisation o les griffes 5 et 6 possèdent des faces 5a respectivement 6a qui sont parallèles sur chaque griffe, au lieu de délimiter des griffes cunéiformes comme sur la figure 2 par exemple. Néanmoins, les faces 5a et 6a délimitent des espaces cunéiformes entre les griffes 5 cSté entrainement et les griffes 6 côté entraîné, les espaces rétrécis- sant dans cet exemple en forme de coins vers l'intérieur, de sorte qu'on obtient essentiellement les mêmes conditions que dans le mode de réalisation selon les figures 1 à 3. La bague élastique 8 est entourée d'une bague extérieure rigide 9 qui limite la défor- mation de la bague 8 et exclut sa surcharge. L'exemple de la figure 9 correspond sensiblement A celui de la figure 5, sauf que le nombre de griffes est plus faible. Une autre différence est qu'une pièce de limitation cylindrique est disposée aà distance d'elle à l'intérieur de la bague élastique 8, afin d'empêcher que celle-ci ne soit excessivement déformée vers l'intérieur., Les figures 9 à 12 montrent un mode de réalisa- tion o la pièce menante et la pièce menée portent chacune quatre griffes dont les faces latérales 5a, 6a sont inclinées non seulement par rapport à un rayon, mais aussi par rapport à un plan parallèle à l'axe. Comme cela ressort en particulier des figures 10 et 12, les deux faces latérales 5a ou 6a d'une griffe 5 ou 6 sont inclinées dans des sens opposés par rapport à l'axe; l'angle d'inclinaison est de 10 dans cet exemple. L'inclinaison axiale a pour conséquence, lors de la transmission d'un couple, que les billes de transmission 7 sont sollicitées par des forces axiales qui ont alternativement des sens opposés, en raison des inclinaisons alternantes des faces 5a et 6a. Comme ces forces axiales s'annulent mutuellement en raison du nombre pair des billes 7, la bague profilée 11 qui guide les billes 7 axialement peut s'ajuster dans le plan bissecteur dans le cas d'une flexion de l'accouplement. Pour le guidage axial des billes 7, la bague rigide 11 possède un profil en U et les centres des billes 7 sont situés à l'intérieur de ce profil, Dans cet exemple, une bague en caoutchouc souple 10 est intercalée entre la bague élastique 8 et la bague profilée 11. L'amortissement dans l'accouplement des vibrations torsionnelles et des à-coups dans le couple transmis est ainsi augmenté. Le mode de réalisation selon les figures 13 à 16 ne se distingue essentiellement de celui des figures 9 à 12 que par le fait que les espaces entre les griffes 5 et 6 se rétré- cissent radialement vers l'extérieur et que la bague élastique 8 s'applique intérieurement contre les billes de transmission 7. Comme dans l'exemple des figures 9 à 12, les faces 5a et les faces 6a des griffes ont des inclinaisons opposées par rapport à l'axe et les billes 7 sont guidées dans une bague intérieure rigide 11 ayant un profil en U. Une bague en caoutchouc souple 10 est de nouveau prévue dans la bague profilée 11 pour augmenter l'amortissement. Le fonctionnement de cet accouplement est essentiellement le même que dans l'exemple des figures 9 à 12. La figure 17 montre un rouleau double servant d'élément de transmission 7. Il comprend une partie centrale cylin- drique 7a avec des tourillons axiaux 7b aux extrémités. Deux rouleaux 7d sont montés rotatifs par des roulements à aiguilles 7c sur les tourillons 7b. La partie centrale cylindrique 7a et les rouleaux cylindriques 7d possèdent le même diamètre extérieur. La face 5a de la griffe menante 5 présente une zone centrale saillante, tandis que la zone centrale sur la face 6a de la griffe menée 6 est disposée en retrait. Sur les zones marginales correspondant aux rouleaux 7d des faces 5a et 6a, la disposition est inversée: la face 5a est disposée en retrait dans les deux zones marginales, tandis que les zones marginales sur la face 6a sont saillantes. La partie centrale 7a de l'élément de transmission peut donc rouler sur la zone centrale de la face 5a pendant que les rouleaux 7d roulent sur les zones marginales de la face 6a de la griffe menée. Ainsi, l'élément de transmission effectue des mouvements de roule- ment pur sur les deux faces; le frottement et l'usure accrus qui se produisent lors de mouvements de glissement sont évités. Le mode de réalisation représenté sur la figure 18 se distingue de celui de figure 5 - outre par le plus faible nombre de griffes - par la nature de l'appui élastiques des rouleaux 7. A la place d'une bague élastique 8 appliquée intérieurement contre les rouleaux 7, un anneau élastique 8a est prévu dans ce cas de chaque côté des rouleaux 7. Ceux-ci sont montés rotatifs sur des axes 12 entre les anneaux 8a, comme cela ressort de la représenta- tion de figure 19. Cette dernière montre un exemple dans lequel les deux anneaux élastiques 8a comportent des zones rapprochées 8b entre les rouleaux 7. Les zones rapprochées sont pourvues de butées 13 destinées à limiter la déformation radiale des anneaux 8a par les griffes. Les figures 20 et 21 montrent encore un autre mode de réalisation pour l'appui élastique des éléments de transmis- sion 7, constitués ici par des billes. Chacune des billes 7 s'appuie radialement à l'extérieur sur un ressort hélicoïdal 17 qui agit radialement et prend lui-même appui sur une plaque 15 disposée entre deux anneaux porteurs rigides et parallèles 14, lesquels sont assem- blés par des boulons 16 avec des douilles-entretoises. Cet appui individuel des éléments de transmission permet de choisir alterna- tivement des ressorts de forces différentes, ce qui donne un accou- plement ayant des élasticités torsionnelles distinctes dans les deux sens de rotation. Le mode de réalisation selon la figure 22 se distingue essentiellement de celui des figures 20 et 21 en ce que les ressorts hélicoïdaux 17 sont remplacés par des ressorts lames 18. L'appui individuel ainsi obtenu offre également la possibilité de faire agir des forces élastiques différentes sur les éléments de transmission 7. A cet effet, deux ressorts lames 18 agissant sur deux éléments de transmission 7 voisins sont réunis et montés avec possibilité de basculement sur un tenon axial 19. Le basculement des ressorts lames 18 sur ce tenon permet de varier, de façon dépendante l'une de l'autre, les forces de poussée exercées sur les éléments de transmission 7. Par ailleurs, les entretoises 14a des anneaux porteurs 14 peuvent être réalisées de manière qu'elles assurent le guidage en coulissement des éléments de transmission 7 entre elles dans le sens radial. Liste des références 1. Arbre d'entraînement 2. Arbre entratné 3. Pièce menante 4. Pièce menée 5. Griffes menantes a. Faces latérales des griffes menantes 6. Griffes menées 6a. Faces latérales des griffes menées 7. Eléments de transmission 7a. Partie centrale 7b. Tourillons 7c. Roulements à aiguilles 7d. Rouleaux 8. Bague élastique 8a. Anneau élastique latéral 8b. Zones rapprochées des anneaux 9. Bague extérieure rigide 9a. Pièce de limitatiou rigide - 10. Bague en caoutchouc souple 11. Bague profilée 12. Axes 13. Butées 14. Anneau porteur 14a.Entretoises de l'anneau porteur 15. Plaque de support 16. Boulons 17. Ressorts hélicoïdaux 18. Ressorts lames 19. Tenon axial REVENDICATIONS 1. Accouplement à griffes pour la compensation de décalages radial, angulaire et/ou axial d'arbres, comprenant une pièce menante au bout de l'arbre d'entraînement, une pièce menée au bout de l'arbre entraîné, au moins trois griffes sur la pièce menante, le même nombre de griffes sur la pièce menée et des éléments mobiles de transmission de couple entre les griffes menantes et les griffes menées, caractérisé en ce que les espaces recevant les éléments de transmission (7) entre les griffes menantes (5) et.les griffes menées (6) se rétrécissent vers l'inté- rieur ou vers l'extérieur et sont délimités par des faces formant des coins (Sa, 6a) des griffes, et en ce que les éléments de trans- mission (7) sont des éléments sphériques, en forme de tonneaux ou cylindriques et sont supportés élastiquement et maintenus appliques contre les griffes (5, 6) par des forces dirigées vers l'intérieur des rétrécissements et produites notamment par une bague élas- tique (8) qui s'applique extérieurement ou intérieurement, dans le sens radial, contre les éléments de transmission (7). 2. Accouplement selon la revendication I, caractérisé en ce que l'élément de transmission (7) est constitué d'une partie centrale cylindrique (7a) avec un tourillon axial (7b) à chaque extrémité et de rouleaux (7d) montés rotatifs sur les tourillons (7b), et que la face latérale (Sa) de l'une des griffes (5) est surélevée dans sa zone centrale appliquée contre l'élément de transmission (7), tandis que la face (6a) de l'autre griffe (6) avec laquelle l'élément de transmission est en contact présente une surélévation dans les deux zones marginales. 3. Accouplement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de transmission (7) sont des billes et les faces des griffes (5a, 6a) contre lesquelles s'appli- suent les billes présentant des inclinaisons alternantes, d'une griffe à l'autre, par rapport à un plan parallèle à l'axe. 4. Accouplement selon la revendication 3, caractérisé en ce que les billes sont guidées axialement par une bague profilée rigide (11). 6359Z 5. Accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bague élastique (8) s'appliquant extérieurement contre les éléments de transmission est entourée par une bague de limitation rigide (9). 6. Accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une pièce de limita- tion rigide (9a) est disposée à l'intérieur de la bague élas- tique (8) s'appliquant intérieurement contre les éléments de transmission. 7. Accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments de trans- mission (7) sont montés rotatifs entre deux anneaux (8a) élasti- quement déformables. 8. Accouplement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les anneaux (8a) sont axialement rapprochés l'un de l'autre entre les éléments de transmission (7) et que les zones rapprochées (8b) des anneaux sont pourvues de butées (13). 9. Accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments de transmission (7) sont individuellement appuyés élastiquement sur un anneau rigide (14). 10. Accouplement selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments de transmission (7) sont appuyés par des ressorts hélicoïdaux (17) ou des ressorts à lames (18).