Brevet FR2602016A1 — publié le 19880129

ACCOUPLEMENT ARTICULE POUR SOLIDARISER DES ARBRES La présente invention se rapporte à un accouplement articulé pour solidariser des arbres, comprenant un disque métallique menant et un disque métallique mené reliés l'un à l'au5 tre par l'intermédiaire d'au moins une membrane annulaire métallique (ou un empilement-de membranes annulaires), cette membrane annulaire étant fixée d'une part au disque menant, à l'aide d'un premier groupe de boulons de solidarisation répartis uniformément par paires sur le pourtour, et d'autre 10 part au disque mené, à l'aide d'un second groupe de boulons de solidarisation qui sont répartis uniformément par paires sur le pourtour et sont imbriqués, dans le sens périphérique, avec les boulons de solidarisation du premier groupe. Des accouplements articulés de ce genre sont réalisés 15 dépourvus de lubrifiant et dispensés de maintenance, et sont de plus en plus employés dans des entraînements de haute puissance, des entraînements industriels ou de navires. Pour des raisons de place, l'on est fréquemment contraint de maintenir le plus faible possible le diamètre de l'accouplement articulé. D'autre part, le couple de rotation transmissible exige un nombre conséquemment grand de boulons, qui servent à relier la membrane annulaire aux disques menant et mené. Ces exigences ont pour conséquences que des restrictions considérables sont imposées aux propriétés élastiques d'un tel 25 accouplement articulé, c'est-à-dire à la souplesse axiale et angulaire, et que le risque d'une défaillance due à une fatigue prématurée augmente. Dans des accouplements articulés de ce type, il est connu de relier alternativement la membrane annulaire aux dis30 ques menant et mené, par l'intermédiaire de quatre, six, huit, dix boulons ou plus, qui sont disposés sur une circonférence partielle à des intervalles mutuels égaux. Dans ce cas, chaque boulon solidaire du disque menant transmet au boulon voisin solidaire du disque mené une part correspondante du cou5 ple de rotation, par l'entremise de la pièce de solidarisation formée par la membrane annulaire, d'un boulon à l'autre. Ainsi, un accouplement-articulé muni de quatre boulons comprend deux boulons menants et deux boulons menés, un accouplement articulé comptant six boulons comporte trois boulons 10 menants et trois boulons menés, etc. La rigidité axiale de l'accouplement articulé croit très rapidement en fonction du nombre des boulons et les tensions locales régnant dans les membranes annulaires, aux points de fixation, limitent considérablement la puissance utile d'un tel accouplement arti15 culé. La manière habituelle, pour fixer les membranes annulaires aux disques métalliques à l'aide de boulons, consiste à utiliser des rondelles circulaires de calage présentant une arête arrondie annulairement, de façon à éviter des ten20 sions intolérablement fortes lorsque la membrane annulaire est ployée en cas de déport angulaire de l'accouplement. L'invention a pour objet un accouplement articulé du type précité, réalisé de manière que, en comparaison avec un accouplement articulé connu, un couple de rotation notable25 ment plus fort soi-t transmissible moyennant des cotes de réalisation identiques, tout en conservant les propriétés élastiques telles que la souplesse axiale et angulaire. De surcroît, l'accouplement articulé doit être conçu de telle sorte que des tensions intolérablement fortes soient évitées 30 dans la membrane annulaire, dans ses zones d'enserrement. Conformément à l'invention, en se fondant sur un accouplement articulé du type décrit ci-dessus, cet objet est atteint par le fait que les disques menant et mené sont reliés par l'intermédiaire d'au moins deux membranes annulaires dis35 posées parallèlement et occupant respectivement l'une par rapport à l'autre, dans le sens périphérique, une position décalée de la moitié de l'espacement entre des boulons de solidarisation voisins faisant partie d'un groupe, ou bien d'une valeur inférieure à ce demi- espacement; par le fait que les boulons de solidarisation des deux membranes annulaires se trouvent sur une circonférence partielle ou sur 5 des circonférences partielles concentriques voisines; et par le fait que les membranes annulaires présentent à chaque fois sur leur pourtour, entredeux boulons de solidarisation successifs, un rétrécissement du type entaille accusant une profondeur telle que l'arête périphérique s'étende sur le côté radialement interne du boulon de solidarisation de l'autre membrane annulaire considérée. A la place d'une membrane annulaire monobloc, il est également possible d'utiliser une membrane annulaire réalisée en plusieurs parties dans le sens périphérique. L'avantage principal pouvant être obtenu grâce à l'invention consiste en ce que, par comparaison avec un accouplement articulé présentant une seule et unique membrane annulaire, l'utilisation de deux membranes annulaires disposées parallèlement permet de répercuter pratiquement un cou20 ple de rotation deux fois plus grand, sans imposer en contrepartie des limitations aux propriétés élastiques. Cela est obtenu essentiellement par le fait que les membranes annulaires sont "entaillées" pour atteindre une superposition de deux membranes annulaires avec 2 n boulons, de sorte qu'un 25 tel accouplement articulé possède une puissance d'entra;nement en rotation de 2 n boulons, avec l'élasticité d'une membrane annulaire ayant n boulons. Commodément, chaque membrane annulaire est formée d'un nombre de pièces identiques qui correspond au nombre des 30 boulons de solidarisation associés. Pour éviter des tensions intolérablement grandes dans les zones d'enserrement ou zones de fixation par coincement, c'est-à-dire sur les boulons de solidarisation, il est avantageux de disposer dans ces zones, de part et d'autre des membranes annulaires, des plaques d'appui en métal. Ces plaques d'appui peuvent être réalisées, de préférence, douées de flexibilité élastique. Les plaques d'appui provoquent un soutien des membranes annulaires dans les zones de fixation par coincement, et empêchent la présence de rayons de flexion trop petits tels que ceux pouvant être constatés sur les arêtes arron5 dies de rondelles de calage. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexes sur lesquels: les figures 1 à 3 sont des vues en plan de trois mem10 branes annulaires d'un type de réalisation connu, mettant en évidence les orifices de passage des boulons et les rondelles de fixation par coincement, ainsi que la distance entre appuis correspondante de la solidarisation, dont dépend son élasticité; la figure 4 est une vue en plan de deux membranes annulaires superposées conformément à l'invention, percées chacune de quatre orifices de passage desboulons; la figure 5 est une élévation latérale d'une membrane annulaire bombée - la figure 6 est une vue en plan d'un accouplement articulé comprenant huit boulons, conformément à l'invention les figures 7a et 7b sont respectivementunevueencoupeetunevuefragrentaire correspondante montrant une zone d'enserrement d'une membrane annulaire conforme à l'invention; et les figures 8 et Ra et 9b illustrent, respectivement en coupe et par une coupe avec vue fragmentaire correspondante, une zone d'enserrement d'une membrane annulaire de type classique. Sur la figure 1, une membrane 1 matérialise une forme caractéristique comprenant quatre boulons, les deux boulons 30 2 et 3 étant des boulons menants et les deux boulons 4 et 5 étant des boulons menés. Dans la pièce solidarisant le boulon 2 et le boulon 5, des rondelles de blocage 6 autorisent une distance de flexion L1 entre appuis. La figure 2 représente une membrane munie de six bou35 lons, les trois boulons 7, 8 et 9 étant des boulons menants et les trois boulons o10, 11 et 12 étant des boulons menés la distance de flexion entre appuis est L2. La figure 3 illustre une membrane présentant huit boulons, les quatre boulons 13, 14, 15 et 16 étant des boulons menants et les quatre boulons 17, 18, 19 et 20 étant des boulons menés; l'on constate une distance de flexion L3 entre appuis. La figure 4 montre un système double à huit boulons, se composant de membranes comprenant chacune quatre boulons conformément à l'invention. Sur l'illustration, les quatre boulons menants 21, 22, 23 et 24, de même que les boulons menés 25, 26, 27 et 28 sont juxtaposés par paires respectives. L'on fera observer que la distance de flexion L1 entre appuis est la même que sur la figure 1, L1 - 2,5 x L3. L'interprétation figurant ci-après révèle qu'un décalage longitudinal relatif des boulons menants et menés provoque, dans les 15 pièces de solidarisation, un effort de traction et une force antagoniste dans le sens longitudinal, de la façon suivante: en présence d'un accouplement comptant huit boulons comme sur la figure 3, l'antagonisme (réaction) dans le sens longitudinal est environ 15 fois supérieur à celui d'un accouple20 ment présentant huit boulons selon la figure 4. Similairement, l'effort de traction correspondant sera environ 6 fois plus grand que sur la figure 4. La figure 5 illustre deux pièces de solidarisation voisines 29 à membranes, avec leurs rondelles de blocage corres25 pondantes 30, 31 et 32. La figure représente la membrane en condition bombée (en 33), la distance L entre appuis accusant la valeur illustrée. F = Ea (y)3 s = 2 ( ')2 o F = poussée longitudinale résultant de deux pièces de solidarisation voisines s = effort de traction engendré dans les pièces de solidarisation y = bombement longitudinal de la membrane L = distance entre appuis d'une pièce de solidarisation a = superficie de section d'une pièce de solidarisation E = module d'élasticité du matériau de la membrane. Les expressions qui précèdent révèlent que la rigidité longitudinale de l'accouplement est inversement proportionnelle au cube de la distance entre appuis de la pièce de solidarisation, et que l'effort engendré est inversement proportionnel au carré de cette distance entre appuis. 5 Cela explique les caractéristiques revendiquées qu'on a fait valoir précédemment, avec les avantages de l'agencement de la figure 4 par rapport à celui de la figure 3. Des considérations analogues s'appliquent à des accouplements de plus grande envergure, c'est-à-dire dont le nombre de boulons 10 est de dix, douze, etc. La figure 6 représente, à titre d'exemple, la réalisation caractéristique d'un accouplement à huit boulons qui s'inspire du principe illustré sur la figure 4. Deux bagues fixes 34 et 35 de même type retiennent l'ensemble à membra15 nes jumelé. Des boulons 36, 37, 38 et 39 fixent les coins menants des deux empilements de membranes à la moitié annulaire menante 34 de l'accouplement, et des boulons 40, 41, 42 et 43 fixent les coins menés des deux empilements de membranes à la moitié annulaire menée 35 de cet accouplement. 20 L'on utilise commodément un certain nombre d'orifices de passage 44 à filetage étroit pour assujettir la bague menante au moyeu de l'essieu d'entraînement, et des orifices de passage correspondants 45 pratiqués dans la bague menée 35, pour assujettir celle-ci à l'organe d'espacement de l'accou25 plement et, par ailleurs, à l'essieu de sortie, par l'intermédiaire d'un second accouplement articulé du même type que sur la figure 6. Les figures 8 et9a et 9b mettent en évidence les inconvénients des procédés classiques pour assujettir aux moyeux fi30 xes, à l'-aide de boulons, des membranes à mouvement libre; en revanche, les figures 7a et 7b révèlent la solution proposée par l'invention. La figure 8 illustre un empilement de membranes 46 qui est boulonné sur une bride stationnaire 47, est bombé de la 35 manière représentée sur la figure 5, et est bloqué en A par l'intermédiaire de deux rondelles de calage 48 et 49 à arêtes vives. La force de traction T dans la pièce de solidari- sation résulte (a) de la force de rotation transmise par l'accouplement et (b) du bombement illustré sur la figure 5. L'effort se manifestant au point A est la somme de trois efforts se superposant: (a) effort de traction résultant de la force T (b) effort de flexion au point A, résultant de la force T (c) concentration d'effort au point A résultant de la nature du contact, à ce point A, entre la rondelle de calage 49 et la membrane qui y est appliquée. Les figures 9a et 9b représentent la manière classique pour diminuer l'effort de flexion désigné ci-avant par (b) et (c). Des rondelles de blocage 50 et 51 présentent, au point B, une arête arrondie à rayon de courbure p, ce qui donne naissance à une surface annulaire C s'étendant du diamètre D1 au diamètre D2. Ce procédé comporte les inconvénients suivants: (a) toute tentative d'augmenter le rayon p, pour réduire ainsi l'effort de flexion dans la membrane, entraine simultanément une diminution du diamètre D1 et, par conséquent, une dégradation du coincement ferme approprié de la 20 membrane; (b) à l'état bombé, la membrane a tendance à fléchir le long d'un axe X-X, perpendiculairement à la force de traction T;le contact à plat au point D, entre la rondelle de calage ou de blocage 50 et la membrane, a lieu dans le plan Y-Y, perpendiculairement à X-X; des tronçons a et b de la membrane ployée demeurent alors complètement dépourvus de soutien et il est engendré, au point D, une autre forme complexe d'effort; l'un et l'autre dépendent de la force de traction T. Lesfigures7aet 7b illustrent un support conforme à l'invention, enserré d'un côté et n'accusant pas les inconvénients susdécrits. Un empilement de membranes 52 est illustré bloqué entre deux rondelles circulaires de calage 53 et 54, ainsi qu'entre deux supports supplémentaires 55 et 56 qui corres35 pondent approximativement aux contours des coins de la membrane. En présence d'une plaque fléchie de section rectangulaire, le rapport entre l'effort et la courbure est le suivant: Et s = 2E p,,o s = effort de flexion t = épaisseur de la plaque P = courbure résultant de 1-a flexion 5 E = module d'élasticité du matériau. Les caractéristiques ci-après revêtent une importance essentielle pour la réalisation de ces plaques. (a) Les dimensions de la plaque, c'est-à-dire l'épaisseur t et sa longueur de débordement 1, peuvent être choisies 10 de telle sorte que le rayon de courbure ó soit le plus grand possible, si bien que la courbure de la membrane est diminuée, de même que sa tension qui est obligée de suivre la-courbure de cette membrane. (b) La plaque et les membranes voisines sont fléchies le long d'un axe XX, ce qui évite la concentration d'efforts au point D de la figure 9. (c) L'on peut appliquer une longueur appropriée 1 de la plaque pour optimaliser le rayon de courbure q, ce qui est. notamment possible avec la longueur considérable L1 de la 20 pièce de solidarisation, montrée par la figure 4. (d) Les plaques 55 et 56 sont soumises seulement à la flexion qui émane des membranes, sans être influencées par la force de traction T qui agit sur la tension globale des pièces de solidarisation des membranes. (e) Les plaques ne contribuent pas à la force de rotation transmise par l'accouplement, pas plus qu'elles sont influencées par cette force. Elles peuvent être fabriquées en un matériau différant de celui normalement employé pour les membranes, de sorte qu'elles peuvent être durcies et trempées 30 pour absorber des efforts de flexion qui excèdent la mesure normalement prescrite pour les membranes. (f) Les plaques décrites agissent de préférence en tant qu'organes élastiques, c'est-à-dire qu'elles sont habituellement planes en condition non contrainte. En variante, elles 35 peuvent être préformées, comme illustré pour la plaque 55. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'accouplement décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Accouplement articulé pour solidariser des arbres,' comprenant un disque métallique menant et un disque métallique mené reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'au moins une membrane annulaire métallique (ou un empilement de mem5 branes annulaires), cette membrane annulaire étant fixée d'une part au disque menant,à l'aide d'un premier groupe de boulons de solidarisation répartis uniformément par paires sur le pourtour, et d'autre part au disque mené, à l'aide d'un second groupe de boulons de solidarisation qui sont ré10 partis uniformément par paires sur le pourtour et sont imbriqués, dans le sens périphérique, avec les boulons de solidarisation du premier groupe, accouplement caractérisé par le fait que les disques menant et mené sont reliés par l'intermédiaire d'au moins deux membranes annulaires disposées paral 15 lèlement et occupant respectivement l'une par rapport à l'autre, dans le sens périphérique, une position décalée de la moitié de l'espacement entre des boulons de solidarisation voisins faisant partie d'un groupe, ou bien d'une valeur inférieure à ce demi-espacement; par le fait que les boulons 20 de solidarisation (2, 3, 7, 8, 9, 13, 14, 15, 16, 21, 22, 23, 24; 4, 5, 10, 11, 12, 17, 18, 19, 20, 25, 26, 27, 28) des deux membranes annulaires se trouvent sur une circonférence partielle ou sur des circonférences partielles voisines et concentriques; et par le fait que les membranes annulaires 25 présentent à chaque fois sur leur pourtour, entre deux boulons de solidarisation successifs, un rétrécissement du type entaille accusant une profondeur telle que l'arête périphérique s'étende sur le côté radialement interne du boulon de solidarisation de l'autre membrane annulaire considérée. 2. Accouplement articulé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque membrane annulaire est réalisée en plusieurs parties dans le sens périphérique. 3. Accouplement articulé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque membrane annulaire est formée 35 d'un nombre de pièces identiques qui correspond au nombre des boulons de solidarisation associés. 4. Accouplement articulé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que des plaques d'appui en métal (55, 56) sont installées de part et d'autre des membranes annulaires dans les zones de fixation par coin5 cement de ces membranes annulaires, c'est-à-dire sur les boulons de solidarisation. 5. Accouplement articulé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les plaques d'appui (55, 56) sont réalisées douées de flexibilité élastique.