Brevet FR2613006A1 — publié le 19880930

1i 2613006 DISPOSITIF D'ACCOUPLEMENT D'ARBRES ELASTIQUE, NOTAMMENT POUR ENTRAINEMENTS DE MOTEURS DIESEL La présente invention se rapporte à un dispositif d'accouplement d'arbres élastique, notamment pour entraine- ments de moteurs diesel, dans lequel des parties rigides d'accouplement sont reliées, côté menant et côté mené, par l'intermédiaire d'au moins une pièce annulaire intercalaire élastique qui présente des disques annulaires externes métal- liques dont chacun est formé de plusieurs segments, un corps élastique en du caoutchouc ou en un matériau similaire étant implanté par vulcanisation sur les faces internes des dis- ques annulaires, ce corps se composant d'un nombre de seg- ments identique et présentant, dans un plan axial, une sec- tion trapézoïdale de largeur croissant radialement vers l'extérieur, ladite pièce annulaire intercalaire étant formée, dans son ensemble, par deux demi-bagues disposées spéculai- rement en juxtaposition dans le sens axial, les segments de l'une des demi-bagues étant décalés, des segments de l'autre demi-bague, de la moitié de l'espacement nominal entre segments, et les disques annulaires métalliques centraux des deux demi-bagues étant solidarisés mutuellement par blocage sur leurs bords périphériques qui portent les uns contre les autres. Des dispositifs élastiques de ce genre, pour accoupler des arbres, sont connus sous différentes réalisations, par exemple d'après la demande de brevet DE-A-3 434 722. Un principe essentiel, pour la conception de tels dis- positifs élastiques accouplant des arbres, est le couple de rotation nominal devant être répercuté. S'ajoute à cela l'élasticité requise en tant qu'autre valeur caractéristique importante, en ayant soin de doter le caoutchouc, constituant 2 2613006 la pièce annulaire intercalaire élastique, d'une aptitude spécifique à supporter des contraintes. Ainsi, en tenant compte de la contrainte de cisaillement admissible du caoutchouc, la surface de cisaillement nécessaire peut être déterminée pour un couple de rotation nominal préétabli. L'on obtient de la sorte, simultanément, l'une des dimen- sions principales d'un tel dispositif d'accouplement élastique. Lorsqu'on connait les propriétés du caoutchouc employé, l'exigence d'une élasticité souhaitée du dispositif d'accou- plement d'arbres peut être satisfaite en calculant la lon- gueur d'élasticité requise du caoutchouc. L'on obtient ainsi une autre valeur caractéristique quant aux dimensions prin- cipales du dispositif d'accouplement. Ce mode opératoire, visant à arrêter le choix du corps en caoutchouc, se traduit par des corps en caoutchouc à symétrie de rotation auxquels, lorsque les couples de rotation devant être répercutés aug- mentent, des cotes conséquemment plus grandes sont conférées. Lorsque des dispositifs élastiques de ce type, accou- plant des arbres, sont soumis aux contraintes qui leur sont imposées en service, le dispositif d'accouplement doit non seulement répercuter le couple moyen de rotation d'entrai- nement, mais il est sollicité, de surcroit, par un couple dynamique imputable aux inévitables vibrations rotatoires de l'entrainement. Plus les dimensions du corps en caoutchouc augmentent, plus le rapport entre l'aptitude à supporter des contraintes thermiques et l'aptitude à supporter des contrain- tes mécaniques devient défavorable. A cet égard, il convient de noter que la contrainte mécanique spécifique demeure cons- tante sur la base des dimensions calculées, tandis que, par suite de la mauvaise conductibilité thermique du caoutchouc, les températures augmentent toutefois fortement, dans la zone centrale du corps en caoutchouc, au fur et à mesure de l'agrandissement de ce corps en caoutchouc. Les mesures jusqu'à présent classiques, prises pour dissiper la chaleur, permettent d'atteindre un niveau déterminé d'aptitude à suppor- ter des contraintes thermiques, ce niveau n'étant cependant pas suffisant pour de nombreux cas d'utilisation. Dans ces conditions, au cours du diagnostic d'applicabilité de dispo- 3 2613006 sitifs élastiques pour accoupler des arbres, la question relative à l'aptitude accessible à supporter des contraintes thermiques revient toujours plus fortement au premier plan. L'invention a par conséquent pour objet, en présence d'un dispositif d'accouplement d'arbres élastique du genre susmentionné, de proposer une réalisation permettant d'attein- dre, pour des propriétés mécaniques données, une aptitude notablement accrue à supporter des contraintes thermiques; en d'autres termes, notamment dans le cas de corps en caout- chouc présentant des cotes supérieures, la possibilité doit être offerte d'éviter un échauffement intolérablement fort dans la zone centrale du corps en caoutchouc. Conformément à l'invention, en se fondant sur un dis- - positif d'accouplement du type décrit ci-avant, cet objet est atteint par le fait qu'il est pratiqué, dans le corps en caoutchouc de chaque segment, au moins une fenêtre qui longe périphériquement une ligne courbe, s'étend sur l'épais- seur axiale dudit corps, dont les parois curvilignes sont sensiblement coaxiales, et dont les parois extrêmes s'achè- vent, à chaque fois, à proximité des faces extrêmes radiales du segment; et par le fait qu'un évidement respectif, coïn- cidant avec la fenêtre attenante pratiquée dans le corps en caoutchouc, est ménagé dans chacune des deux plaquettes d'un segment. La position radiale des fenêtres est avantageusement choisie de telle sorte que, dans les zones centrales des deux tronçons du corps en caoutchouc limitrophes de la fené- tre, des températures sensiblement égales règnent au cours du fonctionnement du dispositif. L'avantage pouvant être obtenu grâce à l'invention se fonde sur le fait que, dans la zone centrale du corps en caoutchouc, dans laquelle l'échauffement est normalement plus intense que dans les zones marginales, le matériau est éliminé par le façonnage d'une fenêtre. De la sorte, il faut certes s'attendre à un certain amoindrissement de la faculté du dispositif d'accouplement à supporter des contraintes mé- caniques; en contrepartie cependant, l'on obtient étonnamment 4 2613006 un gain largement supérieur en aptitude à supporter des con- traintes thermiques. Dans la mesure o l'aptitude à supporter des contraintes mécaniques ne doit pas diminuer par compa- raison avec une taille de réalisation classique, les dimen- sions extérieures du dispositif d'accouplement d'arbres réclament seulement un faible accroissement. Néanmoins, comme mentionné ci-dessus, cet accroissement est contrebalancé par un gain non négligeable en aptitude du dispositif d'accou- plement à supporter des contraintes thermiques. L'applica- tion de ce principe permet d'éliminer, d'une manière simple, les difficultés constatées dans les dispositifs d'accouple- ment connus, c'est-à-dire l'occurrence d'échauffements d'inten- sité inadmissible dans la zone centrale du corps en caoutchouc. Lorsqu'on arrête la taille des fenêtres, l'on peut procéder comme suit: l'on examine tout d'abord la section trapézoïdale pleine du corps en caoutchouc, quant à la répar- tition thermique et à la grandeur des températures maximales, à l'aide de calculs effectués sur la base de dimensions don- nées et de caractéristiques connues du matériau en présence d'une contrainte thermique déterminée. Il est possible d'éta- blir, de cette manière, la position et la taille de la fenêtre. Dans ce cas, du point de vue thermique, la zone de concen- tration des températures élevées disparaît dans le corps en caoutchouc. Ensuite, au cours d'une seconde étape, les hau- teurs radiales des tronçons du corps en caoutchouc, auxquels il est ainsi donné naissance de part et d'autre de la fenêtre, sont établies de façon telle que, en présence d'une sollici- tation thermique déterminée, des températures sensiblement égales règnent aux centres des deux tronçons. L'on constate alors que les hauteurs radiales des deux tronçons ne sont pas identiques, mais que la hauteur radiale du tronçon externe est plus petite que celle du tronçon interne. Cela est du pour l'essentiel à la section trapézoïdale du corps en caout- chouc, ayant pour conséquence que le tronçon externe possède une plus grande étendue axiale que le tronçon interne. Cependant, l'invention prodigue encore un autre avan- tage essentiel. Celui-ci est imputable au fait que la fenêtre pratiquée dans les corps en caoutchouc se prolonge dans les plaquettes métalliques des segments adjacentes, si bien que la pièce annulaire intercalaire élastique est intégralement parcourue par des canaux axiaux,par lesquels de l'air de refroidissement peut circuler. Cela permet simultanément d'atteindre une meilleure ventilation du côté du dispositif d'accouplement qui est tourné vers le moteur d'entrainement et qui, en général, est soumis à de plus fortes contraintes thermiques que le côté libre tourné à l'opposé. L'on revien- dra plus en détail sur ces considérations dans la partie descriptive ci-après. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale du dispositif d'accou- plement d'arbres élastique; la figure 2 est une élévation latérale de segments d'une pièce annulaire intercalaire élastique subdivisée en quatre parties, montrant leur association mutuelle en posi- tion incorporée; et la figure 3 est une coupe transversale de la pièce annulaire intercalaire élastique, selon la ligne I-I de la figure 2. Dans le dispositif d'accouplement d'arbres élastique illustré sur les dessins, la pièce annulaire intercalaire élastique se compose de deux parties annulaires identiques qui sont agencées, en juxtaposition, spéculairement par rapport à leur plan de séparation. La partie primaire rigide de l'accouplement est réalisée sous la forme d'un moyeu 1 qui fait saillie au-delà du plan de séparation des parties annu- laires 2 et 3 de la pièce annulaire intercalaire élastique 4, et qui pénètre à l'intérieur du dispositif d'accouplement. Une aile de fixation 5, ménagée solidairement à la face extré- me externe du moyeu 1, sert à l'assujettissement en rotation d'une bague d'entraînement 6. En tant qu'organe de liaison entre le moyeu 1 et la bague 6, il est prévu une membrane annulaire 7 en acier à ressorts, destinée à autoriser une certaine mobilité, dans le sens axial, entre la partie d'accou- plement primaire (c'est-à-dire le moyeu 1) et la partie d'accouplement secondaire (c'est-à-dire une bride annulaire 8). La membrane annulaire 7 est assujettie en rotation au moyeu 1 à l'aide d'un anneau de serrage 9 et, pour engendrer la force de serrage dirigée axialement, il est prévu un cer- tain nombre de boulons de blocage 10 qui sont retenus dans des perçages traversants de l'aile 5 et de l'anneau 9, et sont répartis à des intervalles égaux sur tout le pourtour. D'autres perçages traversants coïncidents, ménagés dans les parties 5 et 9 sur une circonférence plus petite que le cer- cle primitif des boulons de blocage 10, retiennent mécani- quement des coussinets de blocage 11 qui sont connus par eux-mêmes, et provoquent, en association avec les boulons 10, l'asservissement en rotation entre lesdites parties 5 et 9. La bague d'entraînement 6 présente, sur un cercle pri- mitif intérieur, un certain nombre de perçages traversants dans lesquels un boulon de liaison 12 est à chaque fois re- tenu par concordance de formes. L'extrémité externe des bou- lons de liaison 12 traverse un élément respectif de portée 13 à souplesse limitée, sur le pourtour extérieur de la mem- brane annulaire 7. Cette réalisation autorise une flexion de la membrane 7 dans des directions axialement opposées, sans qu'il soit à craindre que des contraintes transversales soient imposées aux boulons 12 ou, respectivement,à la bague 6. Dans l'exemple de réalisation, les deux moitiés 2 et 3 de la pièce annulaire intercalaire élastique 4 se composent de quatre segments respectifs parmi lesquels-l'élévation la- térale de la figure 2 illustre, partiellement, deux segments 15 et 15a de la moitié postérieure 2 et un segment 14, ainsi qu'un autre segment 14a. La pièce 4 possède, en coupe trans- versale, la forme trapézoïdale visible sur la figure 1. Une telle configuration est connue. Elle sert à économiser le caoutchouc et, par conséquent, à réduire simultanément le poids en tenant compte du fait que, dans les zones du corps en caoutchouc qui sont plus rapprochées de l'axe de rotation, la contrainte due au couple de rotation est moindre que dans les zones reléguées davantage vers l'extérieur dans le sens radial La pièce annulaire intercalaire élastique 4 se compose, en tout, de huit segments respectifs 14 et 15 qui sont iden- tiques les uns aux autres. Chaque segment comprend une pla- quette 16 axialement externe, une plaquette 17 axialement interne et un corps 18 en caoutchouc qui est implanté par vulcanisation sur leurs faces internes. Un rebord périphéri- que 19, s'étendant sur un arc de cercle et faisant saillie vers l'extérieur, est ménagé d'un seul tenant sur les pla- quettes externes 16; les surfaces de ce rebord qui sont per- pendiculaires à l'axe de rotation s'étendent, d'une part, parallèlement aux plans des surfaces de contact de la bague d'entraînement 6 et, d'autre part, parallèlement aux plans des surfaces de contact de la bride annulaire 8. Pour assurer respectivement le blocage sur la bague 6 ou sur la bride 8, l'on utilise des boulons d'ajustement 20 qui reposent dans des perçages coïncidents forés dans les parties à solidari- ser et qui, en vue du blocage, sont munis d'une extrémité filetée et d'un écrou. Pour assurer le centrage des segments, des épaulements annulaires 21 et 22 en saillie radiale font respectivement corps avec la bague 6 et la bride 8 (voir la figure 1). Les plaquettes internes 17 des segments sont en contact, les unes avec les autres, seulement par leurs bords radiale- ment internes et radialement externes. Des surfaces annulai- res de contact 23 et 24 à plans parallèles, respectivement situées extérieurement et intérieurement, se trouvent dans ces régions. Le serrage mutuel a lieu seulement sur les sur- faces de contact extérieures 23; et l'on a prévu, au voisina- ge de ces surfaces 23, des perçages traversants 25 à axes parallèles se succédant dans le sens circonférentiel, dans lesquels des vis de blocage 26 sont retenues par concordance de formes. Un encaissement 27 de grande superficie, élaboré dans la paroi de chaque plaquette 17 d'un segment, entre la sur- face de contact intérieure 24 et la surface de contact exté- rieure 23, s'étend d'un bord radial extrême au bord radial extrême opposé de ladite plaquette 17. En son centre, la sur- face de contact extérieure 23 est interrompue par une échan- crure 31 qui prolonge l'encaissement 27 jusqu'à l'arête cir- conférentielle. Des membrures 28 saillant radialement sont ménagées solidairement sur l'arête circonférentielle interne des pla- quettes 17 des segments, les surfaces externes libres de ces membrures se trouvant sur une ligne courbe commune, con- centrique au moyeu 1. Par l'intermédiaire desdites membrures 28, les parties ou moitiés 2 et 3 de la pièce annulaire inter- calaire élastique 4 prennent radialement appui contre le moyeu 1. Un coussinet de montage 29, intercalé entre le moyeu 1 et les membrures 28, est encastré dans une gorge périphé- rique dudit moyeu 1 et est par conséquent immobilisé dans le sens axial. Ce coussinet 29 a pour fonction d'améliorer la faculté de glissement des membrures 28 lors de mouvements relatifs des deux parties rigides 1 et 8 de l'accouplement, tant dans la direction axiale que dans le sens de rotation. Les segments respectifs 14 et 15 des deux moitiés respectives 2 et 3 de la pièce annulaire intercalaire élas- tique sont solidarisés, par blocage, dans une position de décalage mutuel correspondant à la moitié de l'espacement nominal entre segments. De la sorte, il est formé une bague rigide par elle-même fermée, sans recourir à des bagues de soutien supplémentaires. Un interstice frontal radial 30 est à chaque fois réservé dans les zones de rencontre des segments respectifs 14 et 15, interstice à travers lequel de l'air peut pénétrer, de l'extérieur, dans les canaux qui s'étendent dans le sens périphérique des segments et qui sont formés par les encaissements 27 de grande superficie. Au cours du fonctionnement du dispositif d'accouplement, cet air est projeté vers l'extérieur par la force centrifuge, en traversant les fentes de sortie situées sur les échancru- res 31 pratiquées au centre des plaquettes internes 17 des segments: il en résulte une circulation forcée qui provoque un bon refroidissement des plaquettes internes 17 et, par 9 2613006 conséquent, des corps 18 en caoutchouc qui sont fixes à ces dernières. Pour éviter que les corps 18 en caoutchouc soient sou- mis à des contraintes thermiques excessives, une fenêtre 32, dont la configuration de section ressort de la figure 2, est pratiquée dans le corps en caoutchouc de chaque segment. Chaque fenêtre individuelle 32 s'étend, par ses parois 33 concentriques à l'axe de rotation et par ses parois extrêmes 34, sur l'épaisseur axiale du corps 18. Un prolongement est conféré à la fenêtre 32 par les plaquettes d'un segment,respec- tivement externe 16 et interne 17, qui présentent des évide- ments coïncidents 35 et 35a. Comme le révèle la figure 1, le tronçon du corps en caoutchouc qui borde le côté radialement externe de la fenêtre 32 présente une épaisseur plus faible, dans le sens radial, que le tronçon dudit corps qui se trouve à l'intérieur. Cela. a trait au fait que la position radiale d'une fenêtre 32 est choisie de telle sorte que, dans les zones centrales des deux tronçons du corps 18 qui sont limitrophes de cette fené- tre, des températures sensiblement égales règnent au cours du fonctionnement du dispositif d'accouplement. Du fait que des fenêtres 32 sont pratiquées dans les corps 18 en caoutchouc des segments individuels, il est donné naissance a des canaux qui s'étendent dans le sens axial, vont de l'une à l'autre des faces extrêmes de la pièce annu- laire intercalaire élastique 4, et par lesquels de l'air de refroidissement peut circuler au cours du fonctionnement du dispositif. Cet air provoque un refroidissement supplémen- taire des corps 18 dans les régions qui délimitent la fenè- tre 32. Il en résulte, simultanément, une meilleure ventila- tion de l'espace situé entre le dispositif d'accouplement élastique et le volant d'inertie voisin. Cela revêt tout particulièrement une importance extrê- me lorsque le volant d'inertie est réalisé en forme de cu- vette, et que le dispositif d'accouplement des arbres obture totalement ou partiellement l'espace interne. Par suite de cette réalisation, il règne des températures relativement élevées dans l'espace compris entre le dispositif d'accou- 2613006 plement et le fond de la cuvette. Cela signifie que le côté d'un dispositif d'accouplement élastique qui est tourné vers le volant d'inertie est soumis, en règle générale, à de plus fortes contraintes thermiques que le côté libre tourné à l'opposé. En présence d'une telle conception du vo- lant d'inertie, l'espace interne peut désormais être effica- cement ventilé, grâce aux canaux susmentionnés qui s'éten- dent axialement au voisinage de la pièce annulaire interca- laire élastique, ce qui permet de réduire, d'une manière correspondante, la contrainte thermique à laquelle est sou- mis le côté du dispositif d'accouplement qui fait face au volant d'inertie. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sor- tir du cadre de l'invention. 11 2613006 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accouplement d'arbres élastique, notam- ment pour entraînements de moteurs Diesel, dans lequel des parties rigides d'accouplement sont reliées, côté menant et côté mené, par l'intermédiaire d'au moins une pièce annulai- re intercalaire élastique qui présente des disques annulai- res externes métalliques dont chacun est formé de plusieurs segments, un corps élastique en du caoutchouc ou en un ma- tériau similaire étant implanté par vulcanisation sur les faces internes des disques annulaires, ce corps se composant d'un nombre de segments identique et présentant, dans un plan axial, une section trapézoïdale de largeur croissant radialement vers l'extérieur, ladite pièce annulaire inter- calaire étant formée, dans son ensemble, par deux demi-bagues disposées spéculairement en juxtaposition dans le sens axial, les segments de l'une des demi-bagues étant décalés, des segments de l'autre demi-bague, de la moitié de l'espacement nominal entre segments, et les disques annulaires métalliques centraux des deux demi-bagues étant solidarisés mutuellement par blocage sur leurs bords périphériques qui portent les uns contre les autres, dispositif caractérisé par le fait qu'il est pratiqué, dans le corps (18) en caoutchouc de chaque segment (14, respectivement 15), au moins une fenêtre (32) qui longe périphériquement une ligne courbe, s'étend sur l'épaisseur axiale dudit corps, dont les parois curvilignes (33) sont sensiblement coaxiales, et dont les parois extrêmes (34) s'achèvent, à chaque fois, à proximité des faces extré- mes radiales du segment (14, respectivement 15); et par le fait qu'un évidement respectif (35, 35a), coïncidant avec la fenêtre attenante (32) pratiquée dans le corps (18) en caout- chouc, est ménagé dans chacune des deux plaquettes (16, 17) d'un segment (14, respectivement 15). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la position radiale des fenêtres (32) est choi- sie de telle sorte que, dans les zones centrales des deux tronçons du corps (18) en caoutchouc limitrophes de la fenêtre, des températures sensiblement égales règnent au cours du fonc- tionnement dudit dispositif.