Brevet FR2668221A3 — publié le 19920424

FR 2668221 A3 19920424 FR 9101826 A 19910215 DISPOSITIF DE TRANSMISSION DE FORCE L'invention concerne un dispositif de transmission de force du type comprenant un accouplement démontable entre un élément femelle ou en forme de douille et un élément mâle ou en forme de fiche qui s'étendent coaxialement l'un à l'autre dans la position accouplée et peuvent coulisser l'un par rapport à l'autre dans la direction axiale, l'accouplement présentant une liaison clavetterainure qui comprend au moins une clavette portée par l'élément femelle et au moins une rainure portée par l'élément mâle. I1 est connu, dans les dispositifs de transmission de force qui sont prévus pour être utilisés, en particulier dans la transmission de force entre différents arbres, par exemple entre des arbres de différentiel dans les véhicules automobiles, de prévoir un assemblage démontable à clavette et rainure qui permet une mobilité des arbres en translation l'un par rapport à l'autre mais qui transmet cependant les couples à transmettre. En raison de la possibilité de démontage des arbres, il est nécessaire de choisir l'ajustement entre l'élément mâle et l'élément femelle des arbres de manière propre à exclure le risque de coincement. En outre, la clavette et la rainure de l'accouplement à rainure et clavette doivent pouvoir être séparées facilement l'une de l'autre. Pour réduire la tendance au coincement, il a déjà été proposé de donner aux clavettes et rainures des flancs sensiblement radiaux. Avec cette solution, la tendance au coincement est effectivement réduite dans la région de l'accouplement à clavette et rainure, mais l'accouplement à clavette et rainure de ce type est très bruyant, ce qui est ressenti comme une gêne, surtout dans le domaine automobile, parce que le moindre écart par rapport à la position coaxiale conduit à un battement des flancs de la clavette et de la rainure à chaque tour, de sorte qu'il en résulte une émission de bruit liée à la vitesse de rotation, qui est considérée comme désagréable. Il va de soi que l'on connaît un grand nombre d'autres accouplements à rainure et clavette pour la transmission de force entre des arbres, par exemple entre des arbres de diamètres différents. En principe, pour la transmission de force dans la direction radiale avec conservation simultanée de la mobilité en translation des arbres l'un par rapport à l'autre, il est approprié de prévoir une denture sur l'élément mâle et sur l'élément femelle et, pour cette application, il a déjà été proposé les formes de dentures les plus diverses. Toutefois, une telle denture est relativement coûteuse à fabriquer, parce qu'en général, les dents doivent être usinées individuellement à l'aide d'une machine à meuler, de sorte que, par exemple, dans le cas d'une denture à huit dents, pour produire la denture on doit, à huit reprises, introduire l'élément mâle dans la fraiseuse, l'en retirer et le tourner de 450. On a aussi constaté que les dentures sont certes d'une grande durabilité au fond des creux de denture mais que, dans le cas où le mouvement de translation représente une fraction relativement grande du mouvement total, elles sont mal appropriées parce qu'elles subissent manifestement un fort échauffement. Face à cet état de fait, le but de l'invention est de réaliser un dispositif de transmission de force comprenant un accouplement démontable entre un élément femelle ou en forme de douille et un élément mâle en forme de fiche qui, s'détendent coaxialement l'un à l'autre dans la position accouplée et peuvent coulisser l'un par rapport à l'autre dans la direction axiale; l'accouplement présentant une liaison clavette-rainure qui comprend au moins une clavette portée par l'élément femelle et au moins une rainure portée par l'élément mâle, cet accouplement devant être relativement peu sensible au choc d'inversion de charge, produire un bruit de coulissement relativement faible et être cependant d'une fabrication économique. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que la rainure possède une section transversale en forme de W. On a constaté avec surprise que la durabilité des dispositifs de transmission de force selon l'invention atteint de très bonnes valeurs. Il est visible que la réduction des résistances de frottement réduit le dégagement de chaleur préjudiciable dans la mesure où les effets d'usure sur les arêtes des clavettes de l'élément femelle mais aussi sur les arêtes des rainures en W peuvent ainsi être réduit à de faibles valeurs. Il s'est révélé particulièrement avantageux d'adopter une configuration sensiblement bombée, cette configuration conduisant manifestement à une réduction de l'usure, même dans le cas de positions obliques variables des surfaces travaillantes. On peut aussi tirer un avantage particulier de la région du milieu de la rainure qui, selon une caractéristique avantageuse, peut être disposée légèrement obliquement dans la région d'action. C'est ainsi que cette surface résistante à l'usure peut aussi être utilisée dans différents éléments femelles, dans le cas désiré, pour la transmission du couple et qu'elle est disponible en particulier pour l'utilisation universelle, même dans le cas d'éléments femelles de différentes configurations. Grâce à l'utilisation de nervures sensiblement de même largeur dans la région médiane du W, on peut obtenir par ailleurs l'avantage particulier consistant en ce que, dans le cas de surfaces cémentées, il ne se forme pas de zones d'une grande fragilité. Il va de soi que les arrondis des angles du profil de la rainure ainsi que le bombement de la région médiane, qualifiée de sensiblement plate, de la rainure en W, doivent être additionnés dans la construction de base en W de la rainure. Un bombement correspondant peut même être avantageux pour obtenir une possibilité d'angulation avantageuse selon l'invention lorsque, par exemple, la partie considérée de l'élément femelle présente une surface frontale horizontale, considérée dans la vue de la figure 1. Grâce au fait que la largeur de la rainure en W selon l'invention est considérablement augmentée comparativement à la largeur des rainures connues, le dispositif de transmission de la force se comporte de façon moins ponctuelle, de sorte qu'il s'établit des contraintes de torsion uniformes dans l'arbre. On doit aussi entendre par la dénomination de dispositifs de transmission de force selon l'invention des dispositifs dans lesquels un déplacement axial de l'arbre d'entrée peut être transmis à l'arbre de sortie, au moins de telle manière que ce déplacement puisse être détecté sur le côté de sortie par un capteur de déplacement axial. La formation des poches de graisse qui sont souhaitées selon l'invention peut s'effectuer, par exemple, par le fait qu'une clavette trapézoldale - considérée dans la coupe représentée sur la figure 1 - s'étend dans la rainure large jusqu'au flanc rectiligne mais laisse une cavité suffisante sur les côtés. L'arrondi qui est avantageux selon l'invention dans la région de sortie des flancs des rainures en W peut aussi être formé par un chanfrein ou, par exemple, il peut présenter une configuration dissymétrique mais bombée. Par ailleurs, le rayon d'arrondi prévu en cet endroit ne doit pas nécessairement être constant ; par exemple, le rayon d'arrondi du flanc droit peut être plus grand que le rayon d'arrondi du flanc gauche. Toutefois, selon l'invention, on doit obtenir qu'il ne subsiste ici qu'un contact linéaire. Selon l'invention, les surfaces des clavettes de l'élément femelle et les surfaces des rainures en W peuvent être inclinées les unes par rapport aux autres. De cette façon, il se forme des cavités qui peuvent servir de réserves de lubrifiant. Dans cette construction, il est particulièrement avantageux d'utiliser un lubrifiant plus visqueux pour les éléments femelles. On obtient de cette façon l'effet consistant en ce que, après le remplissage, on dispose tout d'abord sur les contacts linéaires d'une quantité suffisante de lubrifiant, qui peut être utilisée progressivement pendant le travail. Au contraire, au fur et à mesure de l'épuisement du lubrifiant, la température s 'élève légèrement dans la région du contact linéaire. Ceci a pour effet que le lubrifiant contenu dans les poches de graisse fond légèrement et migre vers la région du contact linéaire. Dès que le lubrifiant a atteint la surface de contact linéaire, le frottement est réduit à des valeurs minimes, de sorte que la chaleur de frottement décroît de façon correspondante et que la température de l'élément femelle décroît en même temps. Il se produit ainsi une autorégulation de la température, et, pour cela, il suffit de faire en sorte qu'il subsiste une réserve de graisse suffisante dans les poches de graisse. La forme bombée des arêtes des rainures aux extrémités des rainures en W peut ainsi non seulement assurer le contact linéaire universel désiré mais aussi apporter un important avantage lorsque le dispositif est utilisé dans un environnement très salissant. En effet, dans ce type d'environnement, on doit autant que possible éviter que des corps étrangers tels que le sable, la poussière ou équivalents ne puissent pénétrer dans le dispositif de transmission de la force, ce qui pourrait entraîner des encrassages. D'une part, la présence des évidements relativement grands des rainures en W, latéralement aux contacts linéaires évite l'encrassage ; d'autre part, on peut utiliser une garniture d'étanchéité en caoutchouc appropriée qui peut recouvrir les rainures.Ce type de garniture d'étanchéité peut être utilisé grâce au fait que les arêtes arrondies des rainures évitent que ces dernières ne coupent la garniture d'étanchéité. Selon l'invention, il est avantageux que des évidements d'arrêt servant à limiter le déplacement relatif entre l'élément mâle et l'élément femelle soient fermés en bout. La présence de deux évidements d'arrêt mutuellement opposés et également des rainures en W mutuellement opposées pour la transmission du couple, évite avec sécurité qu'on ne risque d'emmancher les éléments dans une position tournée de 900, puisque les parties pleines formées en bout butent alors contre les clavettes de l'élément femelle, de sorte que l'emmanchement n'est pas possible.Si, d'un autre côté, les clavettes de transmission du couple de l'élément femelle sont assez fortement usées pour que l'espace libre compris entre ces clavettes devienne supérieur au diamètre de l'arbre ou que , par exemple, elles sont brisées, il ne peut plus se produire de transmission du couple entre les rainures en W et les clavettes puisque les rainures en W sont en retrait vers l'intérieur par rapport au diamètre de l'élément mâle. Dans le cas où l'on utilise des rainures en W, la nervure du W empêche l'emmanchement en mauvaise position, ce qui représente un avantage additionnel de la forme en W. Un autre avantage particulier réside dans le fait que la transmission du couple peut s'effectuer d'une façon étonnamment silencieuse et cependant avec une faible usure. Même dans le cas où il s'établit inévitablement un jeu d'inversion de charge après une longue durée de service, la rencontre des flancs ne se produit pas de façon brusque ; au contraire, les clavettes sont freinées progressivement contre les flancs du W qui regardent vers l'extérieur et elles sont repoussées vers l'extérieur, la résistance à la déformation qui s'établit à ce moment pouvant alors être relativement bien commandée grâce à la configuration à paroi plus ou moins mince de l'élément femelle. L'utilisation de deux rainures en W identiques et opposées mutuellement permet d'utiliser la même fraise ou la même broche pour la fabrication de l'élément mâle aussi bien que de l'élément femelle. La fabrication peut s'effectuer d'une façon connue comme suit : on usine tout d'abord un côté puis on retourne le dispositif de transmission de force de 1800 et on l'usine de l'autre côté avec la même fraise, ce qui apporte un avantage considérable comparativement à la denture connue, qui est coûteuse à fabriquer. Un mode de réalisation de l'invention sera à présent décrit uniquement à titre d'exemple, en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe d'une première forme de réalisation d'une configuration d'arbres pour un dispositif de transmission de forces de l'invention la figure 2 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation d'une configuration d'arbres d'un dispositif de transmission de force selon l'invention ; et la figure 3 est une coupe longitudinale prise selon la ligne III-III de la figure 1. Un dispositif de transmission de force 10 selon l'invention comprend un arbre ou élément mâle 12, qui est représenté en coupe sur les figures 1 à 3. Sur les figures, on a utilisé les mêmes numéros de référence pour désigner les mêmes éléments, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'en donner une nouvelle description. L'élément mâle 12 présente deux évidements arrondis 14 et 16, disposés symétriquement l'un par rapport à l'autre et, à un angle de 900 par rapport à ces évidements, deux rainures en W 18 et 20, qui se font face symétriquement. La rainure en W 18 présente une largeur 24 très supérieure à sa profondeur 22. La rainure en W présente une nervure centrale 26 à laquelle se raccordent une surface oblique gauche 28 et une surface oblique droite 30. Entre la surface oblique 28 et la surface oblique 30, se forme une transition bombée qui résulte de la forme de base convexe de la rainure médiane 26. Le flanc gauche 32 de la rainure en forme de W 18 et le flanc droit 34 de la rainure 18 s'étendent dans des directions divergentes et se terminent au niveau des arêtes 36 et 38 de la rainure par des arrondis 40 et 42, de sorte que les flancs 36 et 38 ont chacun une forme bombée. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, il est prévu en supplément, d'une part un arrondi entre la surface oblique 28 et le flanc 32 et, d'autre part, un arrondi entre la surface oblique 30 et le flanc 34, dont chacun correspond à peu près à l'arrondi 40 ou 42. En fonctionnement, il s'établit maintenant un contact linéaire entre les doubles clavettes 44 d'un élément femelle 74, d'une part, et les flancs 32, 34 et surfaces obliques 28, 30, d'autre part, de sorte qu'il se produit une transmission de couple à cet endroit. Le lubrifiant peut parvenir des poches de graisse 94 jusque dans la région du contact linéaire. Sur la figure 2, on a représenté une autre forme de réalisation du dispositif de transmission de force 10 selon l'invention. Ici, il n'est prévu qu'une seule rainure en W 18 selon l'invention tandis qu'en face de la rainure en W 18, il est prévu une rainure étroite 46 qui sert également à la transmission du couple. La nervure centrale 26 de la rainure en W 18 est légèrement élargie comparativement à la forme de réalisation selon la figure 1 et s'étend en particulier jusqu'au rayon extérieur de l'élément mâle 12. Toutefois, la forme de base en W reste conservée. La double clavette 44 est d'une configuration convexe d'une façon qui correspond à la figure 1, de sorte que la section de chaque clavette individuelle de la double clavette 44 est de forme sensiblement semi-circulaire. De cette façon, on obtient automatiquement le contact linéaire désiré. D'un autre côté, il est prévu, pour l'engagement dans la rainure étroite 46, une clavette 48 qui possède elle aussi la configuration de clavette arrondie et qui établit elle aussi un contact linéaire. A l'encontre de la figure 1, dans la forme de réalisation selon la figure 2, il est prévu d'adopter pour les corps d'arrêt 66 et 68 des rouleaux ou billes qui sont engagés dans les évidements arrondis 14 et 16 sous charge élastique. On peut de cette façon obtenir pour l'accouplement une fonction d'encliquetage qui est souhaitable dans de nombreux cas d'application. Toutefois, dans chaque cas, les corps d'arrêt 66, 68 servent à limiter le mouvement de translation de l'accouplement tandis que la rainure en W 18 sert uniquement à transmettre le couple. On peut trouver un exemple de réalisation de cette répartition des fonctions sur la figure 3 qui représente une coupe longitudinale du dispositif de transmission de force 10 selon la figure 1. Le corps d'encliquetage 66 est ancré dans un guidage 50 ménagé dans l'élément femelle 74 et il est en même temps verrouillé par un élément de libération 90 qui est également représenté sur la figure 1. L'élément de libération 90 est une goupille que l'on peut éjecter et qui arrête le corps d'arrêt 66 dans son guide 50 lorsqu'elle est enfoncée. Le corps d'arrêt 66 présente latéralement des surfaces de butée 52 et 54 qui sont engagées dans l'évidement arrondi 12 pour limiter le mouvement de translation de l'accouplement et qui assurent la limitation du mouvement dans la direction axiale à l'aide des surfaces de butée 56 et 58 respectivement. Ainsi que ceci ressort également de la figure 3, la rainure en W 18 se prolonge au-delà de la région d'accouplement, de sorte qu'on est certain que la région de la rainure en W 18 ou de l'accouplement clavetterainure correspondant avec la double clavette 44 n'est pas intéressée par la transmission des forces axiales. Une autre liaison établie entre l'élément femelle 74 et l'élément mâle 12 est formée par une garniture d'étanchéité 92 qui s'étend sur tout le tour et qui recouvre la fente ouverte du dispositif de transmission de force. La garniture d'étanchéité est emmanchée sur la périphérie extérieure de l'élément femelle 74 et reste sur cet élément même lorsque l'accouplement est séparé. Cette garniture présente un soufflet central 60 relativement souple, qui s'étend en arc de cercle jusqu'à la périphérie extérieure de l'élément mâle 12 et, plus précisément, audelà de l'extrémité de la rainure en W 18. Le soufflet central 60 se termine par une lèvre d'étanchéité 62 qui est dirigée vers le dispositif de transmission de force 10 et forme ici un joint à contact linéaire. Toutefois, le frottement d'adhérence de la lèvre d'étanchéité 62 sur l'élément mâle 12 est supérieur à la résistance que le soufflet central 60 oppose au déplacement axial du dispositif de transmission de force, de sorte qu t en présence d'un déplacement du dispositif de transmission de force 10 pendant le fonctionnement, qui correspond à la course libre entre les surfaces de choc 52 et 54 ou entre les surfaces de butée 56 et 58, il ne se produit pas de déplacement de la lèvre d'étanchéité 62 en translation sur l'élément mâle 12 mais, au contraire, un déplacement du soufflet central 60. Selon une autre forme de réalisation du dispositif de transmission de force selon l'invention, il est prévu que la nervure médiane 26 de la rainure en W 18 est brisée à sa pointe. Par ailleurs, la nervure médiane 26, telle quelle est représentée sur la figure 1, peut s'étendre sur plus de la moitié de la profondeur de la rainure. Il est aussi possible de choisir pour la longueur du dispositif de transmission de force une valeur telle que la rainure en W ne s'étende que sur la moitié de la longueur de l'arbre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transmission de force comprenant un accouplement démontable entre un élément femelle ou en forme de douille et un élément mâle ou en forme de fiche qui s'détendent coaxialement l'un à l'autre dans la position accouplée et peuvent coulisser l'un par rapport à l'autre dans la direction axiale, l'accouplement présentant une liaison clavette-rainure qui comprend au moins une clavette portée par l'élément femelle et au moins une rainure (18) portée par l'élément mâle, caractérisé en ce que la rainure (18) a une section transversale en forme de W. 2. Dispositif de transmission de force selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux surfaces de transmission du couple sont prévues dans la rainure en W (18). 3. Dispositif de transmission de force selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la nervure médiane (26) joue le rôle de surface d'appui, en particulier pour le contact linéaire avec une clavette (44,48) d'un élément femelle (74). 4. Dispositif de transmission de force selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un clavette (44,48) de l'élément femelle (74) est agencée pour se placer en prise dans une rainure en W (18) et orientée obliquement à cette rainure. 5. Dispositif de transmission de force selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rainure en W (18) est disposée face à une clavette (44, 48) d'un élément femelle (74) pour établir un contact linéaire, latéralement auquel s'détendent des poches de lubrification (94). 6. Dispositif de transmission de force selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un contact linéaire est formé dans la région de sortie d'un flanc (34, 50) de la rainure en W (18, 20) vers la clavette (44) d'un élément femelle (74). 7. Dispositif de transmission de force selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la profondeur (22) de la rainure en W (18) relativement peu profonde est plus petite que la profondeur d'évidements arrondis (14, 16) qui limitent le mouvement de translation dans la direction axiale. 8. Dispositif de transmission de force selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rainure en W (18) présente une nervure médiane (26) qui s'étend sur plus de la moitié de la profondeur de la rainure et est en particulier brisée à sa pointe. 9. Dispositif de transmission de force selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les flancs (32, 34 ; 50, 52) des rainures présentent des arêtes (36, 38 ; 56, 58) arrondies radialement vers l'extérieur. 10. Dispositif de transmission de force selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rainures en W (18, 20) ne s'détendent que sur la moitié de la longueur de l'arbre (12). 11. Dispositif de transmission de force selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la configuration des rainures en W (18, 20) et des évidements (14, 16), donne naissance à des nervures de largeur sensiblement uniforme entre les rainures et les évidements.