Brevet FR2653505A1 — publié le 19910426

La présente invention concerne l'accouplement d'arbres tournants. Il s' agit généralement d'accoupler un arbre moteur à un arbre récepteur qui est disposé autant que possible en alignement avec l'arbre moteur et qui peut être par exemple 1' arbre d'une pompe. Un dispositif prévu pour réaliser un tel accouplement doit d'abord assurer la transmission du couple moteur pour entraîner l'arbre récepteur. Il doit en même temps supporter, sans être détérioré et sans appliquer d'efforts excessifs aux arbres à accoupler, des écarts transitoires, périodiques ou permanents de ces arbres par rapport à leurs positions ou directions normales. On connaît des dispositifs d'accouplement dits flexibles qui présentent une élasticité en torsion de manière à permettre aux arbres à accoupler de prendre un décalage angulaire mutuel dans leur rotation autour de leur axe commun. Ces dispositifs permettent aussi un léger déplacement longitudinal mutuel de ces arbres. D'une manière générale, ils se composent de deux plateaux métalliques qui sont fixés l'un sur l'arbre moteur et l'autre sur l'arbre récepteur et qui viennent soit pincer un disque souple, soit envelopper un ensemble d'éléments élastiques répartis symétriquement. Les assemblages nécessaires sont réalisés à l'aide de boulons. Les possibilités de déformation élastique de ces dispositifs sont pratiquement consommées au début et à la fin de chaque période d'entrainement. Pendant le reste d'une telle période, la transmission du couple moteur est assurée, en grande partie, par des éléments rigides. Il en résulte alors en général une mauvaise réception des déplacements axiaux dus aux dilatations ainsi qu'une absorption incorrecte des vibrations. Par ailleurs un dispositif d'accouplement est connu par le brevet français FR-A-2531.158 et son correspondant anglais GB 2124 735. Il comporte divers éléments qui lui sont communs, quant à leurs caractéristiques indiquées ci-après, avec un dispositif selon la présente invention. Ces éléments communs sont - un élément de liaison allongé selon un axe pour être sensiblement aligné avec deux arbres à accoupler, cet élément de liaison étant au moins partiellement formé par une paroi tubulaire mince qui est axée sur ledit axe et qui est constituée d'un matériau composite comportant une résine polymérisée renforcée par des fibres présentant des résistances élevées en tension telles que des fibres de verre, carbone, aramide...), cet élément de liaison comportant trois parties qui se succèdent selon sa longueur et qui sont une partie centrale entre deux parties extrêmes, chacune de ces deux parties extrêmes s'étendant entre une extrémité interne fixée à ladite partie centrale, et une extrémité externe qui est en même temps une extrémité de cet élément de liaison, - et ce dispositif comportant encore des moyens d'assemblage pour fixer ladite extrémité externe de chacune des deux dites parties extrêmes à un arbre correspondant qui est l'un des deux dits arbres à accoupler. Ce dispositif connu impose un positionnement coaxial des arbres dans une fourchette de tolérances très réduite. La présente invention a notamment pour buts de permettre - une transmission continue du couple moteur vers l'arbre récepteur, - un amortissement et un découplage des vibrations axiales et radiales, - des délignages ou déplacements importants, radiaux et/ou axiaux et/ou angulaires, de façon à pallier aux déréglages en service dus à des causes diverses, usure de paliers, dilatations, vibrations... - un fonctionnement à grande vitesse, - un montage et un remplacement faciles sans déplacement axial des arbres accouplés et sans l'aide d'un outillage spécial, - de diminuer de façon importante les problèmes d'équilibrage dynamique, - d'obtenir une bonne tenue à la corrosion, - de diminuer ou supprimer tout coût de maintenance, - et de diminuer la propagation des ondes sonores. Selon la présente invention un dispositif d'accouplement peut avantageusement être essentiellement composé par une paroi tubulaire mince de matériau composite comportant une partie centrale cylindrique entre deux parties extrêmes ondulées. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et repré sentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. - La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un premier dispo sitif selon la présente invention. - La figure 2 représente une vue en coupe axiale d'un deuxième dispositif selon la présente invention. - La figure 3 représente une vue en coupe axiale d'un troisième dispositif selon la présente invention. - La figure 4 représente une vue en coupe axiale d'un quatrième dispositif selon la présente invention. - La figure 5 représente une vue en coupe axiale d'un cinquième dispositif selon la présente invention. - La figure 6 représente une vue en coupe axiale d'un sixième dispo sitif selon la présente invention. - La figure 6A représente un détail de la figure 6. Des arbres moteurs sont désignés sur les figures 1 et 2 par la référence 2, et sur les figures 3, 4 et 5 par la référence 4, un arbre récepteur étant désigné par la référence 6 sur les figures 1 et 2. L'axe commun à ces arbres et à ces dispositifs est désigné par la référence A. Chacun de ces arbres est munis d'une bride de raccordement telle que 8 (fig.1 et 2) ou 10 (fig.3 à 5) qui lui est fixée à l'aide de clavettes 12 (fig. 1 et 2) ou 14 (fig. 3 à 5). Les dispositifs d'accouplement donnés en exemple présentent tous un certain nombre de dispositions qui sont préférées au moins dans certains cas d'application de la présente invention. Ces disposi tions vont d'abord être indiquées en se référant à la figure 1. Selon une dite disposition préférée le dispositif comporte lesdits éléments communs tels que précédemment mentionnés : ledit élément de liaison 20 est formé par une paroi tubulaire mince et comporte une partie centrale 22 entre deux parties extrêmes 24 et 26. Lesdits moyens d'assemblage sont représentés en 30 sur la figure 1. L'une au moins des deux dites parties extrêmes du dit élément de liaison 20 est alors formée par un manchon ondulé 24 qui est constitué par une dite paroi tubulaire et qui est sensiblement de révolution autour dudit axe A de sorte qu'il présente un diamètre en tout point de sa longueur.Ce manchon forme, en allant de l'une à l'autre de ses deux dites extrémités interne et externe, une succession longitudinale de segments d'ondulation, dans l'un 32 au moins desquels son diamètre croit et dans un autre 34 au moins desquels son diamètre décroît. Des flexions limitées de la paroi de ce manchon permettent alors d'absorber sans détérioration une décalage angulaire et/ou un déplacement longitudinal de ladite partie centrale par rapport audit arbre correspondant à ce manchon. D'autres dites dispositions préférées sont les suivantes - Ledit manchon ondule 24 comporte à sadite extrémité externe une collerette de raccordement 36, (ou 44 sur la fig.3) pour permettre sa fixation à une pièce d'appui métallique 38 solidaire dudit arbre correspondant 2. - Ladite pièce d'appui métallique présente la forme d'une plaque plane transversale 38 éventuellement évidée en forme de bride (10, figure 3). - Les deux dites parties extrêmes de l'élément de liaison sont deux dits manchons ondulés 24, 26 symétriques par rapport à un plan transversal médian B dudit dispositif. De plus ces deux manchons sont assemblés de manière symétrique aux deux pièces métalliques d'appui correspondantes. - Ladite partie centrale 22 et les deux dits manchons ondulés 24, 26 dudit élément de liaison 20 sont constitués par une même dite paroi tubulaire qui s'étend sans solution de continuité de l'une à l'autre des deux dites extrémités de cet élément. - Ladite partie centrale de l'élément de liaison est un tube intermédiaire 22 cylindrique plus long que chaque dit manchon ondulé 24, 26. Une autre dite disposition préférée est représentée seulement sur les figures 1 et 2. Selon cette disposition les moyens d'assemblage 30, 36 comportent en outre un adaptateur 38 constituant une dite pièce d'appui métallique et fixé à ladite extrêmité externe dudit manchon ondulé 24 pour permettre la fixation de cette extrêmité audit arbre correspondant 2 par l'intermédaire en outre de cet adaptateur. De plus, conformément à ces figures, l'arbre récepteur 6 est entraîné en outre par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement de type classique 40 interposé entre l'adapteur 38 et la bride telle que 8 liée à cet arbre, ceci par exemple pour obtenir une certaine élasticité en torsion. D'autres dites dispositions préférées sont adoptées dans les troisième, quatrième et cinquième dispositifs selon l'invention (voir fig.3, 4 et 5). Ces dispositions sont les suivantes - Les moyens d'assemblage comportent - des moyens ponctuels d'appui, tels que des boulons, ou des vis 42 comme représenté, pour appliquer localement des forces d'appui tendant à appuyer ladite collerette 44 contre ladite pièce d'appui métallique 10, - et au moins une plaque de répartition d'appui 46 pour recevoir lesdites forces d'appui et les transmettre à ladite collerette en les répartissant sur la surface de celle-ci de manière à éviter un fluage dudit matériau composite. - Les moyens d'assemblage comportent en outre au moins une plaque de régularisation d'appui 48 interposée entre ladite collerette 44 et ladite pièce métallique d'appui 10 et présentant une dureté moindre et/ou une régularité de surface plus grande que cette pièce. De plus le fût des vis telles que 42 constituant lesdits moyens ponctuels d'appui est avantageusement entouré d'une douille telle que 50 pouvant former entretoise. Le dispositif comporte en outre au moins un tube de rigidification 52, 54 disposé intérieurement et/ou extérieurement au contact dudit tube intermédiaire 56 de manière à rigidifier celui-ci. Conformément aux figures 3, 4 et 5 deux tels tubes 52 et 54, 58 et 60, et 64 et 66 sont disposés intérieurement et extérieurement aux tubes intermédiaires 56, 62 et 68, respectivement. Le manchon ondulé 24 de la fig.1 présente une ondulation arrondie formant saillie vers l'extérieur. Le manchon ondulé 70 de la figure 2 se raccorde à un tube intermédiaire 72 et présente une ondulation à coins carrés en saillie vers l'extérieur. Le manchon ondulé 74 de la figure 3 présente une ondulation arrondie qui fait saillie vers l'intérieur et se termine par la collerette 44. Ces ondulations comportent chacune deux dits segments. Le manchon 76 de la figure 4 présente une ondulation arrondie à trois segments qui fait saillie vers l'extérieur et se termine par la collerette 78. Le manchon 80 de la figure 5 présente une ondulation arrondie à quatre segments qui fait deux saillies vers l'extérieur et se termine par la collerette 82. Les troisième, quatrième et cinquième dispositifs selon l'invention décrits ci-dessus associent avantageusement la rigidité du tube intermédiaire et la souplesse des manchons ondulés. Ces trois dispositifs, dans cet ordre, sont adaptés à des couples moteurs croissants, à des vitesses de rotation décroissantes, et à des déplacements radiaux et angulaires décroissants, les déplacements axiaux admissibles restant sensiblement les mêmes par rapport à leurs dimensions. La figure 6 représente une variante du dispositif de la figure 4. La bride plate 90 est pincée entre la bride d'accouplement 10 et la collerette de raccordement 92 à l'aide de vis 94. Un positionnement coaxial de la bride plate 90 par rapport à la bride 10 est obtenu par un simple emboltement 3. La même disposition coaxiale se retrouve dans le positionnement des lamages 95, qui sont répartis circonférentiellement, et dans un alésage de guidage 96 de profil semi-torique. Un tube de rigidification 5, réalisé en matériau composite, remplace le tube 58 de la figure 4. Il est monté légèrement glissant dans la partie centrale tubulaire de la liaison, c'est-à-dire dans un tube intermédiaire 62A qui remplace le tube 62 et qui se termine par un manchon 76A. Le tube 5 passe également à travers l'alésage profilé 96. Il est utilisé comme moyen de raidissement et de guidage de la partie centrale du dispositif. La figure 6A montre, à titre d'exemple, qu'il est possible de profiler l'alésage d'un tube SA remplaçant le tube 5 de la figure 6 de manière à lui donner une résistance plus forte au fléchissement dans sa partie centrale 98 que dans ses parties extrêmes telles que 97, ceci en fonction des critères de fonctionnement de la machine (vitesse de rotation, dimensions des arbres...). L'alésage profilé 96 permet d'assurer le lignage concentrique du tube 5 ou 5A par rapport à l'axe A et de limiter la surface de contact avec ce tube, tout en laissant une liberté angulaire relative des deux extrémités de l'accouplement. Cette conception permet la réalisation d'éléments standards. Seul le tube tel que 5 ou 5A est défini à la demande. Les applications des dispositifs selon l'invention sont multiples. A titre non limitatif, on peut citer les machines tournantes destinées aussi bien au domaine nucléaire que hors nucléaire. Ces dispositifs peuvent également se substituer avantageusement aux joints de Cardan employés, par exemple pour des commandes manuelles à distance, car ils ne nécessitent aucun entretien particulier et périodique. Ils peuvent aussi convenir à la construction aéronautique et spatiale. REVENDICAITONS 1/ Dispositif d'accouplement pour arbres tournants, comportant un élément de liaison (20) allongé selon un axe (A) pour être sensiblement aligné avec deux arbres (2, 6) à accoupler, cet élément de liaison étant au moins partiellement formé par une paroi tubulaire mince qui est axée sur ledit axe et qui est constituée d'un matériau composite comportant une résine polymérisée renforcée par des fibres présentant des résistances élevées en tension (telles que des fibres de verre, carbone, aramide...), cet élément de liaison comportant trois parties qui se succèdent selon sa longueur et qui sont une partie centrale (22) entre deux parties extrêmes (24, 26), chacune de ces deux parties extrêmes s'étendant entre une extrémité interne fixée à ladite partie centrale, et une extrémité externe qui est en même temps une extrémité de cet élément de liaison, ce dispositf comportant encore des moyens d'assemblage (30) pour fixer ladite extrémité externe de chacune des deux dites parties extrêmes à un arbre correspondant qui est l'un des deux dits arbres à accoupler, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que l'une au moins des deux dites parties extrêmes du dit élément de liaison (20) est un manchon ondulé (24) qui est constitué par une dite paroi tubulaire et qui est sensiblement de révolution autour dudit axe (A) de sorte qu'il présente un diamètre en tout point de sa longueur, ce manchon formant, en allant de l'une à l'autre de ses deux dites extrémités interne et externe, une succession longitudinale de segments d'ondulation dans l'un au moins desquels (32) son diamètre croit et dans une autre au moins desquels (34) son diamètre décroît, de manière que des flexions limitées de la paroi de ce manchon permettent d'absorber sans détérioration un décalage angulaire et/ou un déplacement longitudinal de ladite partie centrale par rapport audit arbre correspondant à ce manchon. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit manchon ondulé (24) comporte à sadite extrémité externe une collerette de raccordement (36, 44) pour permettre sa fixation à une pièce d'appui métallique (38) solidaire dudit arbre correspondant (2). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite pièce d'appui métallique présente une surface plane transversale (38) (10, figure 3). 4/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'assemblage comportent - des moyens ponctuels d'appui (42) pour appliquer localement des forces d'appui tendant à appuyer ladite collerette (44) contre ladite pièce d'appui métallique (10), - et au moins une plaque de répartition d'appui (46) pour recevoir lesdites forces d'appui et les transmettre à ladite collerette en les répartissant sur la surface de celle-ci de manière à éviter un fluage dudit matériau composite. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'assemblage comportent en outre au moins une plaque de régularisation d'appui (48) interposée entre ladite collerette (44) et ladite pièce métallique d'appui (10) et présentant une dureté moindre et/ou une régularité de surface plus grande que cette pièce. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux dites parties extrêmes de l'élément de liaison sont deux dits manchons ondulés (24, 26) formés aux deux extrémités dudit élément de liaison (20). 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite partie centrale (22) et les deux dits manchons ondulés (24, 26) dudit élément de liaison (20) sont constitués par une même dite paroi tubulaire qui s'étend sans solution de continuité de l'une à l'autre des deux dites extrêmités de cet élément. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre au moins un tube de rigidification (52, 54, 5) disposé intérieurement et/ou extérieurement au contact de ladite partie centrale de l'élément de liaison (56, 62A) de manière à rigidifier celui-ci. 9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit tube de rigidification (5) est déposé intérieurement dans ladite partie centrale (62A) de l'élément de liaison, et se prolonge dans l'espace intérieur à chacun desdits manchons ondulés (76A) jusqu'à un alésage de guidage (96) porté coaxialement par l'un desdits arbres (2) de manière à imposer la position de ce tube de rigidification tout en lui permettant des déplacements d'inclinaison et longitudinaux. 10/ Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit tube de rigidification (5A) présente une épaisseur accrue dans sa partie centrale (98) qui est au contact de ladite partie centrale (62A) de l'élément de liaison. 11/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ladite partie centrale de l'élément de liaison est un tube intermédiaire (22) cylindrique plus long que chaque dit manchon ondulé (24, 26).