Brevet FR2652141A1 — publié le 19910322

L'invention concerne un poids d'équilibrage pour l'équilibrage des masses des arbres rotatifs, notam- ment des arbres de transmission articulés à joints de Cardan, comprenant une masselotte en tôle représentant le poids et qui est fixée à l'arbre par deux zones de fixation espacées. Dans les arbres rotatifs, notamment les arbres de transmission articulés, il est connu de fixer des poids du genre cité plus haut sur la surface de l'arbre de transmission articulé par des soudures par points ou sur bossages. La fixation des poids d'équilibrage par soudage entraîne une diminution de la résistance mécani- que des éléments considérés de l'arbre dans presque tous les cas dans la région du bouton de soudure. Les points de fixation favorisent donc les points d'amorce de ruptu- re possibles de l'arbre sous charge et il subsiste donc le risque d'une destruction lors de la transmission du couple. La destruction se produit par une fissuration sous un angle d'environ 45 par rapport à l'axe longitu- dinal de l'arbre et elle est caractéristique de la sur- charge de l'arbre sous contrainte de torsion. On connait déjà, par le DE-U 74 17 307, la mise en forme et l'utilisation d'un poids d'équilibrage possé- dant deux points de fixation espacés. Dans cette forme connue de réalisation des poids d'équilibrage, les zones de fixation sont constituées par des bossages dont le poids d'équilibrage est muni pour assurer la fixation précise au moment de la mise en place dans l'électrode de soudage ou dans le dispositif de soudage. On ne prend pas en considération la contrainte de torsion de flexion en donnant une configuration particulière à la tôle ou aux zones de soudage. En partant de cet état de fait, l'invention se donne pour but de créer un poids d'équilibrage pour ar- bres, notamment pour arbres de transmission articulés à joints de Cardan, qui présente une haute résistance à la vibration et une bonne résistance à long terme sous con- traintes de torsion et de flexion de l'arbre, et qui as- sure une grande longévité à ce dernier. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que la masselotte en tôle est munie d'une rainu- re de décharge autour des zones de fixation. La présence de la rainure de décharge commune autour des zones de fixation entraIne une amélioration de la résistance à la vibration en présence d'une con- trainte de flexion et de torsion et évite l'amorce de fissuration de l'arbre. Ceci apporte en particulier un important avantage dans le cas d'arbres de transmission articulés à joints de Cardan à paroi épaisse. Dans une forme de réalisation de l'invention, il est prévu que la rainure de décharge est prévue dans chaque zone de fixation. L'agencement de la rainure de décharge autour de chaque zone de fixation conduit aussi aux avantages déjà exposés et représente une autre possibilité de réa- lisation. Dans une autre forme de réalisation, il est pré- vu que la masselotte en tôle présente deux ou plus de deux zones de fixation, placées à un écartement mutuel aussi grand que possible, qui sont disposées dans la di- rection longitudinale et/ou circonférentielle de l'ar- bre. En utilisant deux ou plus deux points de fixa- tion, on assure une meilleure retenue des masselottes en tôle sur l'arbre, les zones de fixation pouvant être dis- posées dans la direction longitudinale ou dans la direc- tion circonférentielle de l'arbre, selon le balourd à compenser. Dans une forme de réalisation de l'invention, il est prévu que les zones de fixation sont constituées par des points de soudure sur bossages. Grâce au fait que les zones de fixation sont constituées par des zones de soudure, les masselottes en tôle peuvent être fixées dans une installation de souda- ge sur bossages, d'une façon particulièrement économique et sans travail préparatoire. La rainure de décharge a ici pour fonction de recevoir le cordon de soudure et de garantir une conformation avantageuse. La conformation du point de soudure, qui est géométriquement plus avantageuse dans le cas des soudu- res sur bossages que dans le cas d'une masselotte en tô- le dépourvue de rainure de décharge, réduit l'effet d'en- taille du bossage de soudure. Par ailleurs, la rainure de décharge peut mieux compenser les écarts géométriques provenant de la forme de bossage résultante et des rayons de courbure de la masselotte en tôle et du tube de l'arbre qui sont contenus dans les tolérances. Ceci garantit qu'après le soudage, la masselotte en tôle est appliquée sur toute sa surface. Dans une autre forme de réalisation de l'inven- tion, il est prévu que la région de contact qui est asso- ciée à la face inférieure de la masselotte en tôle diri- gée vers l'arbre présente, pour la formation du point de soudure, un bossage de soudure d'une forme bombée apla- tie qui fait saillie au-delà du plan général de la masse- lotte en tôle. La présence du bossage de soudure saillant for- me le point de contact pour les électrodes de soudage en- tre l'arbre et la masselotte en tôle. Dans une forme de réalisation de l'invention, il est prévu que les zones de fixation sont formées par des assemblages réalisés à l'aide d'éléments de fixation mécaniques, notamment de vis. Une fixation réalisée, par exemple, par un as- semblage à vis, représente une autre possibilité en va- riante et permet, grâce à la rainure de décharge de la masselotte en tôle, de réduire la contrainte de torsion et de flexion qui doit être transmise au perçage prati- qué dans l'arbre par la masselotte en tôle. Dans une for- me de réalisation de l'invention, il est prévu que les zones de fixation sont constituées par des perçages et réalisées sur la face inférieure dirigée vers l'arbre, à plat sur la masselotte en tôle. La fait que la face inférieure de la masselotte en tôle est plate assure une application par surface com- plète sur l'arbre articulé. Dans la forme de réalisation de l'invention, il est prévu que, selon la forme des zones de fixation, la rainure de décharge entoure la zone de fixation avec une forme ovale, annulaire ou allongée. Cette conformation de la rainure de décharge permet une fabrication mécanique des masselottes en tôle avec de faibles coûts de fabrication et donne une aptitu- de à la déformation particulièrement avantageuse lorsque les masselottes sont chargées par des contraintes de tor- sion et de flexion. En même temps, la rainure de déchar- ge peut recevoir la matière excédentaire de la lentille de soudure. Par ailleurs, la réduction de l'épaisseur de paroi dans la région de la lentille de soudure se tra- duit par un apport de chaleur concentré dans la lentille de soudure et dans la zone d'influence thermique au cours du recuit. Grâce à la réduction de l'épaisseur de la paroi dans la région du bossage, on peut se contenter d'une plus faible puissance de soudage et, par consé- quent, d'une plus faible quantité de chaleur à apporter pour le soudage et on évite ainsi la déformation de l'ar- bre pendant l'opération de soudage. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu que la masselotte en tôle est de conforma- tion rectangulaire et incurvée et que sa courbure est adaptée à l'arbre. La forme incurvée de la masselotte en tôle assu- re une application sur l'arbre par toute sa surface, avec simplification de l'exécution du joint soudé. Dans un dispositif utilisé pour la formation du joint soudé à l'aide d'une machine à souder sur bossages et d'électrodes appartenant à cette machine, et destiné à monter une masselotte en tôle sur un rotor, en particu- lier sur un arbre articulé à joints de Cardan, il est prévu que la deuxième électrode n'est appuyée que sur des surfaces de contact limitées dans la région de la fa- ce supérieure de la masselotte en tôle, qui est à l'oppo- sé des lentilles de soudage. La conformation des électrodes sur la machine à souder sur bossages a pour effet, d'une part, de trans- mettre la pression d'application nécessaire à l'arbre et, d'autre part, d'établir le contact de soudage avec l'arbre et avec la masselotte en tôle. On obtient ici un assemblage soudé particulièrement uniforme, possédant deux points de fixation espacés lorsque, comme ceci est obtenu dans le dispositif, il s'établit une répartition uniforme du courant sur les points de soudure. L'électro- de associée à la masselotte en tôle possède donc une for- me circulaire de rayon inférieur au rayon de la masselot- te en tôle. L'électrode est donc appuyée sur la masselot- te en tôle par deux surfaces de contact qui se trouvent dans le voisinage immédiat des points de soudure. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en partie en coupe d'un arbre de transmission articulé à joints de Cardan; les figures 2a et 2b représentent une masselotteen t1le possédant deux points de fixation, par une vue de dessus et une vue de côté en coupe; la figure 3 est une vue de côté en coupe de deux points de fixation avant et après la fixation sur l'arbre par soudage; la figure 4 montre deux autres formes de réali- sation des zones de fixation; la figure 5 représente une zone de fixation pour un assemblage mécanique; la figure 6 représente une disposition schémati- que d'une machine à souder sur bossages; la figure 7 représente une électrode en forme de la machine à souder sur bossages, avec la masselotte en tôle mise en place. Sur la figure 1, on a représenté un arbre de transmission articulé à joints de Cardan 1 qui est muni de masselottes en tôle 2 selon l'invention. L'arbre arti- culé 1 est composé de deux joints de Cardan 3 qui sont réunis solidairement en rotation, mais avec liberté de déplacement relatif, par un arbre de liaison 4. Les joints articulés 1 comprennent une fourche intérieure 5 et une fourche extérieure 6 qui sont réunies par un croi- sillon 7 de façon à pouvoir osciller l'une par rapport à l'autre dans deux plans. La fourche extérieure 6 possède un flasque 8 qui sert au raccordement à un élément de ma- chine ou de véhicule qui est moteur ou récepteur. Les deux fourches intérieures 5 des joints sont réunies l'une à l'autre par l'arbre de liaison 4. L'arbre de liaison 4 comprend une partie intérieure coulissante 9 et une partie coulissante extérieure 10, cette dernière présentant un profil de cannelure dans son alésage et la partie intérieure coulissante 9 étant emmanchée dans cet- te partie extérieure par une cannelure complémentaire prévue sur sa surface extérieure, de façon à lui être ré- liée solidairement en rotation et libre en translation axiale. La partie intérieure coulissante 9 est assemblée à l'autre fourche intérieure de joint 5 par un tube de liaison 11 qui, en général, sert à adapter la longueur de l'arbre de transmission articulé 1 au cas d'applica- tion considéré. L'arbre articulé 1 est équilibré après son mon- tage pour atteindre la qualité d'équilibrage nécessaire qui est exigée pour le cas d'application particulier con- sidéré. Pour équilibrer l'arbre, on se sert de poids pré- sentés sous la forme de masselottes en tôle 2 dont on monte de préférence une ou plusieurs sur le tube de liai- son 11 ou sur la partie coulissante extérieure 9. La fixation des masselottes en tôle 2 s'effectue, soit par soudage sur bossages, au moyen d'une machine à souder sur bossages, soit par un assemblage à vis sur le tube de liaison 11. La masselotte en tôle 2 représentée sur la figure 1 est soudée, sur le tube de liaison 11, par exemple par deux zones de fixation 12, 13. On peut voir sur la figure 2 que la masselotte en tôle rectangulaire 2 est fixée par deux zones de fixa- tion 12, 13 et est adaptée au tube de liaison 11 par sa courbure 14. Les deux zones de fixation 12, 13 présen- tent sur la face supérieure 15 de la masselotte en tôle 2 deux approfondissement ronds 16, 17 qui sont d'une for- me imposée par la technique de fabrication. Sur une face inférieure 18, sont disposées, autour des zones de fixa- tion 12, 13, deux rainures de décharge annulaires 19, 20 qui reçoivent la matière excédentaire après le soudage sur bossages. Dans les rainures de décharge 19, 20, on trouve les lentilles de soudage 21, 22 qui sont dispo- sées sur la face inférieure 18 de la masselotte en tôle 2. Les lentilles de soudage 21, 22 font saillie au-delà de la face inférieure 18 et elles entrent en contact avec le tube de liaison 11 et représentent en même temps le point de contact pour la machine à souder sur bossa- ges entre l'arbre articulé 1 et la masselotte en tôle 2. Sur la figure 2b, on a représenté en outre une masselotte en tôle 2 avec sa face inférieure 18, qui pré- sente en supplément les deux rainures de décharge 19, , une rainure de décharge 34 qui relie les premières. Sur la figure 3, on a représenté la fixation des masselottes en tôle 2 sur le tube de liaison 11, la masselotte en tôle 2 étant représentée avant le soudage sur bossages sur le côté gauche de la figure et après le soudage sur bossages sur le côté droit de la figure 1. La masselotte en tôle 2 est en contact avec le tube de liaison Il par la lentille de soudage 21 avant l'opéra- tion de soudage et, après le soudage, elle s'appuie à peu près par toute sa face inférieure 18 sur le tube de liaison 11, la lentille de soudage 22 remplissant alors partiellement la rainure annulaire 20 et étant partielle- ment enfoncée dans la matière du tube de liaison 11. La rainure annulaire 19 qui subsiste encore permet à la mas- selotte l'absorption de la contrainte de flexion et de torsion lorsque le tube de liaison 11 subit une contrain- te de couple. Sur la figure 4, on a représenté deux autres zo- nes de soudage qui sont respectivement de configuration ovale et allongée. La figure 5 montre une masselotte en tôle rec- tangulaire 2 qui présente un perçage 33, avec une em- preinte 16 pour constituer la zone de fixation 12, et une rainure de décharge annulaire 19 sur sa face infé- rieure 18. La face inférieure 18 de la masselotte en tô- le 2 est ici de configuration plane pour mieux s'appli- quer sur l'arbre. La figure 6 montre schématiquement l'agencement pour une machine à souder sur bossages qui comprend une électrode inférieure 24 et une électrode supérieure 25, l'électrode inférieure 24 servant à recevoir la masselot- te en tôle 2 et l'électrode supérieure 25 étant fixée au vérin de pression supérieur 27 de la machine à souder sur bossages par deux vis de fixation 26. La masselotte en tôle 2 est disposée dans l'électrode inférieure 24 avant l'opération de soudage et elle est pressée contre l'arbre articulé 1 qui a été placé dans la position angulaire voulue. La pression de soudage nécessaire est produite par le vérin de compression 27 pendant l'opéra- tion de soudage. L'amenée du courant aux bossages de sou- dure 21, 22 s'effectue par l'intermédiaire des deux élec- trodes 24, 25 et se concentre dans les points de contact entre l'arbre 1 et la masselotte en tôle 2 qui sont for- mées par les bossages de soudage 21, 22. La figure 7 montre une électrode de soudage in- férieure 24 de la machine à souder sur bossages, qui pré- sente une rainure de fixation 23 et une surface de con- tact ronde 28, qui sert à donner appui à la masselotte en tôle 2. La surface de contact 28 est conformée de ma- nière à présenter un rayon 29 qui est plus petit que le rayon 30 de la masselotte en tôle 2. On obtient de cette façon un appui de la masselotte en tôle 2 sur l'électro- de 24 en deux surfaces de contact 31, 32, et ceci se tra- duit par une concentration du courant de soudage dans les bossages de soudure 21, 22, avec une répartition uni- forme sur les deux bossages de soudure 21, 22 présents. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C AT ION S 1. Poids d'équilibrage pour l'équilibrage des masses d'arbres rotatifs, en particulier d'arbres de transmission articulés à joints de Cardan (1), compre- nant une masselotte en tôle (2) représentant le poids d'équilibrage, qui est fixée à l'arbre par deux zones de fixation espacées (12, 13), caractérisé en ce que la mas- selotte en tôle (2) est munie d'une rainure de décharge (19, 20, 34) dans la région entourant les points de fixa- tion (12, 13). 2. Poids d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure de décharge (19, 20) est disposée autour de chacune des zones de fixation (12, 13). 3. Poids d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masselotte en tôle (2) pré- sente deux ou plus de deux zones de fixation (12, 13) avec un écartement mutuel aussi grand que possible, qui sont disposées dans la direction longitudinale et/ou la direction circonférentielle de l'arbre. 4. Poids d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones de fixation (12, 13) sont constituées par des points de soudure sur bossages. 5. Poids d'équilibrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la région de contact associée à la face inférieure (18) de la masselotte en tôle (2) qui est dirigée vers l'arbre présente, pour former le point de soudure (12, 13), un bossage de soudure (21, 22) d'une forme bombée applatie qui fait saillie au-delà de la masselotte en tôle (2). 6. Poids d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones de fixation (12, 13) sont constituées par un assemblage exécuté à l'aide d'éléments de fixation mécaniques, notamment de vis. 7. Poids d'équilibrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les zones de fixation (12, 13) sont constituées par des perçages (33, 34) et exécutées sur la face inférieure (18) dirigée vers l'arbre, dans le plan de la surface principale de la masselotte en tô- le (2). 8. Poids d'équilibrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rainure de décharge (19, 20) entoure la zone de fixation (12, 13) avec une forme ova- le, annulaire ou allongée, selon la forme de la zone de fixation. 9. Poids d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masselotte en tôle (2) est de forme rectangulaire et incurvée et en ce que la cour- bure est adaptée à l'arbre (1). 10. Dispositif pour la formation d'un joint sou- dé à l'aide d'une machine à souder sur bossages et d'électrodes (24, 25) appartenant à cette machine, pour fixer une masselotte en tôle (2) à un rotor, notamment à un arbre de transmission articulé (1) à joints de Car- dan, selon une ou plusieurs des revendications 1 à 7, dans lequel une des électrodes (25) est munie d'une auge de réception de l'arbre, caractérisé en ce que la deuxiè- me électrode (24) est appliquée uniquement par des surfa- ces de contact limitées (31, 32) dans la région de la fa- ce supérieure (15) de la masselotte en tôle (2) qui est à l'opposé des lentilles de soudage (21, 22). 11. Dispositif selon la revendication 10, carac- térisé en ce que la deuxième électrode (24) présente une auge semicirculaire qui possède un rayon (29) inférieur à celui de la masselotte en tôle (2).