Brevet FR2699447A1 — publié le 19940624

La présente invention se rapporte généralement à un mécanisme pour l'ajustage à pression d'un arbre qui comprend un arbre et un organe cylindrique qui sont assemblés par insertion avec ajustage à pression, et plus particulièrement à un mécanisme où de l'huile sous pression est injectée dans la limite entre l'arbre et de l'organe cylindrique lors de l'opération d'insertion ou d'extraction. La figure 12 est une vue en coupe transversale d'un exemple d'un mécanisme conventionnel pour l'ajustage à pression d'un arbre. En se référant à la figure 12, un arbre 1 est inséré par ajustage à pression dans le moyeu 2 d'une roue dentée 4 de forme connue qui présente le moyeu 2, les bras 3 et des dents 4a. Une gorge 6 de section transversale semi-circulaire est formée dans la circonférence de la paroi interne de la partie centrale du moyeu 2. La gorge 6 communique vers l'extérieur par un trou 7 d'injection d'huile qui est percé à travers la surface externe du moyeu 2 et de l'huile sous pression qui est fournie par une unité de puissance hydraulique (non représentée) est injectée dans la gorge 6 par le trou 7. Dans le mécanisme pour l'ajustage à pression d'un arbre, le diamètre interne du moyeu 2 est plus petit que le diamètre externe de l'arbre 1 à la même température. Par conséquent, quand l'arbre est inséré dans le moyeu 2, une force prédéterminée de pression est appliquée à l'arbre 1 en direction axiale, par exemple au moyen d'une presse à huile, et ainsi l'arbre 1 est ajusté à pression dans le moyeu 2. Quand l'arbre ajusté à pression est extrait du moyeu 2, de l'huile sous pression est injectée dans la gorge 6 en provenance du trou 7 d'injection d'huile. En conséquence, le diamètre interne du moyeu 2 est légèrement accru et le diamètre externe de l'arbre est légèrement diminué par la pression de l'huile injectée. La force nécessaire à l'opération d'extraction de l'arbre 1 est réduite dans la roue dentée ci-dessus mentionnée 4.Dans certains usages à grande puissance, par exemple, dans une roue ou roue dentée pour un véhicule sur rail, l'arbre 1 doit être extrait du moyeu 2 pour une vérification périodique. L'arbre 1 extrait du moyeu 2 est corrigé en ce qui concerne la linéarité et autres, si nécessaire; après correction, l'arbre 1 est réinséré dans le moyeu 2. Dans la roue dentée 4 montrée à la figure 12, les bras 3 sont placés à la partie centrale du moyeu 2. Par conséquent, une "pression de surface d'ajustage" (pression que les deux surfaces s'appliquent l'une à l'autre), qui est appliquée de la surface interne du moyeu 2 à la surface externe de l'arbre 1 est plus importante dans la zone où se trouvent les bras 3 et elle est relativement plus petite aux deux parties extrêmes du moyeu 2. Dans le cas conventionnel montré à la figure 12, la gorge 6 est formée sur la surface interne de la partie centrale correspondant aux positions des bras 3 et le diamètre interne du moyeu 2 est dilaté et le diamètre externe de l'arbre est réduit en une région centrale par injection de l'huile sous pression dans la gorge 6.En conséquence, la pression des surfaces d'ajustage entre les deux surfaces est réduite; L'huile injectée s 'écoule graduellement vers l'extérieur de la gorge 6 pour pénétrer entre la surface interne du moyeu 2 et la surface externe de l'arbre 1, dans les deux directions, vers la droite et vers la gauche, sur la figure 12. En conséquence, il se forme une couche mince d'huile entre la totalité de la surface interne du moyeu 2 et la totalité de la surface externe de l'arbre 1 et l'opération d'extraction de l'arbre 1 est accomplie par une force relativement faible. Dans le mécanisme pour ajustage à pression d'un arbre que l'on peut voir à la figure 12, dans le cas où l'arbre 1 est extrait dans la direction montrée par la flèche X, par exemple, la gorge 6 est ouverte quand la partie d'épaulement 1A de l'arbre 1 est arrivée à la position de la gorge 6 et l'huile injectée s'écoule vers l'extérieur, dans le moyeu 2. En conséquence, l'effet de dilatation de la surface interne du moyeu 2 est perdu. De manière similaire, quand l'arbre 1 est inséré dans le moyeu 2, l'effet ci-dessus mentionné, provoqué par l'injection de l'huile sous pression, n'est produit que lorsque la partie d'épaulement 1A de l'arbre 1 a passé la position de la gorge 6. Si, dans une tentative pour résoudre le problème ci-dessus, on forme une gorge 6A à la partie extrême gauche du moyeu 2, l'huile injectée ne peut pénétrer vers la droite sur la figure 12 et elle s'écoule vers la gauche de la gorge 6A. Cela est dû au fait que la pression de surface d'ajustage à proximité du moyeu 2 est plus importante que dans la zone se trouvant vers la gauche de la gorge 6A. En conséquence, la pression de surface d'ajustage ne peut être réduite à la région centrale du moyeu 2 où est appliquée la plus grande pression de surface d'ajustage. La présente invention a pour but de procurer un mécanisme pour l'ajustage à pression d'un arbre où un arbre peut être inséré dans un organe cylindrique et peut en être extrait avec une force relativement faible. Un mécanisme pour l'ajustage à pression d'un arbre selon la présente invention comprend un arbre d'un diamètre prédéterminé et un organe cylindrique ayant un trou dans lequel l'arbre est ajusté à pression et qui a au moins une gorge d'injection de fluide qui est formée sur la paroi du trou pour recevoir le fluide injecté sous pression et il est caractérisé en ce que la section transversale de la gorge d'injection du fluide est asymétrique par rapport à un plan qui est perpendiculaire à l'axe central du trou et qui passe par un point central d'une ouverture de la gorge d'injection du fluide vers le trou. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels:: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un mécanisme pour l'ajustage à pression d'un arbre selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un premier exemple d'une gorge d'injection d'huile du premier mode de réalisation; - la figure 3 est un graphique de la résistance à l'ajustage à pression dans l'opération d'ajustage à pression du mécanisme présentant la gorge d'injection d'huile selon le premier exemple du premier mode de réalisation;; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'une gorge d'injection d'huile d'un second exemple du premier mode de réalisation, - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une gorge d'injection d'huile d'un troisième exemple du premier mode de réalisation, - la figure 6 est une vue en coupe transversale d'une gorge d'injection d'huile d'un quatrième exemple du premier mode de réalisation; - la figure 7 est une vue en coupe transversale du mécanisme d'ajustage d'un arbre à pression selon un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 8 est une vue en coupe transversale d'une gorge d'injection d'huile d'un premier exemple du second mode de réalisation; - la figure 9 est une vue en coupe transversale d'une gorge d'injection d'huile d'un deuxième exemple du second mode de réalisation; ; - la figure 10 est une vue en coupe transversale d'une gorge d'injection d'huile d'un troisième exemple du second mode de réalisation; - la figure 1 1 est une vue en coupe transversale d'une gorge d'injection d'huile d'un quatrième exemple du second mode de réalisation; et - la figure 12 est une vue en coupe transversale du mécanisme d'ajustage à pression d'un arbre avec la gorge d'injection d'huile selon l'art antérieur. La figure I est une vue en coupe transversale d'une roue dentée 12 ayant un mécanisme d'un arbre ajusté à pression selon un exemple d'un premier mode de réalisation de la présente invention. En se référant à la figure 1, la roue dentée 12 se compose d'un moyeu 10 ayant la forme d'un organe cylindrique, de bras 1 1 et de dents 12A. Les bras 1 1 sont placés à la partie centrale du moyeu 10 et un trou 14 d'injection d'huile est placé à la partie extrême gauche du moyeu 10 sur la figure 1. Le trou 14 d'injection d'huile communique avec une gorge 13 d'injection d'huile qui est formée sur la circonférence de la surface interne d'un trou 10A dans le moyeu 10, à la partie extrême gauche. Le trou 14 d'injection d'huile communique avec une unité de puissance hydraulique (non représentée) et de l'huile sous pression en est fournie.La figure 1 montre l'état où l'arbre 1 est déjà inséré dans le trou 10A du moyeu 10. La figure 2 est une vue en coupe transversale fragmentaire agrandie de la gorge 13 d'injection d'huile. Sur la figure 2, la section transversale comprend l'axe central du trou 10A sans contenir le trou d'injection d'huile 14. L'arbre 1A est inséré dans le trou 10A du moyeu 10 et l'huile sous pression est injectée dans la gorge 13. La gorge 13 d'injection d'huile comprend une longue paroi en pente et en surplomb F1 formant un angle Ol avec la surface interne du trou 10A, une paroi en demi-cercle F2 qui est connectée à l'extrémité supérieure de la paroi en pente F1, une paroi en pente F3 formant un angle Oî et connectée à la paroi en demi-cercle F2 et une paroi verticale F4 vers la surface interne du trou 10A qui est connectée à la paroi en pente F3. Quand de l'huile sous pression est injectée dans la gorge 13 d'injection d'huile ayant la section transversale montrée à la figure 2, la pression due à l'huile sous pression est appliquée à la paroi en pente et en surplomb F1 dans la direction supérieure en pente comme le montre la flèche Y1. En conséquence, la paroi en pente F1 est poussée par une force vers la direction supérieure en pente et une pression d'ajustage à pression dans la limite entre la surface interne du trou 10A et la surface externe de l'arbre 1 est réduite dans la région D. D'une manière similaire, la pression montrée par la flèche Y5 est appliquée à la surface F5 de l'arbre 1 réduit la pression de surface d'ajustage entre la surface interne du trou 1 0A et la surface externe de l'arbre 1. En conséquence, il se forme un petit espace entre la surface interne du trou 10A et la surface externe de l'arbre, du fait des forces appliquées dans les directions montrées par les flèches Y1 et Y5, à proximité de la région D, et l'huile sous pression pénètre dans cet espace minuscule. Par ailleurs, la pression dans la direction montrée par la flèche Y3 qui est appliquée à la paroi en pente F3 de la gorge 13 d'injection d'huile abaisse la paroi en pente F3 vers la gauche et vers le bas. De plus, la pression dans la direction montrée par la flèche Y4 qui est appliquée à la paroi verticale F4 pousse cette face verticale F4 vers la gauche. En conséquence, comme la face en pente F3 est abaissée vers la gauche et vers le bas par la pression dans la direction de la flèche Y3, la pression de surface d'ajustage entre la surface interne du trou 1 0A et la surface externe de l'arbre 1 augmente à proximité de la région C. Ainsi, la surface interne du trou 1 0A se trouve en contact très précis avec la surface externe de l'arbre 1, par conséquent l'huile sous pression ne peut pénétrer entre les deux surfaces.L'angle O 1 de la paroi en pente F1 est de préférence d'environ 40". Selon le premier mode de réalisation, la section transversale de la gorge 13 d'injection d'huile est asymétrique relativement à un plan 13B qui est perpendiculaire à llaxe central du trou 10A et qui passe par une partie centrale de la partie *ouverture 13A de la gorge 13 d'injection d'huile (sur la figure 2, le plan 13B est perpendiculaire à la face de la feuille), et en conséquence, les pressions respectives des surfaces d'ajustage, dans les régions C et D des deux côtés du plan 13B, sont différentes. En conséquence, l'huile sous pression injectée dans la gorge 13 d'injection d'huile pénètre dans la région D dont la pression de surface d'ajustage est plus petit.Après début de la pénétration de l'huile sous pression, l'huile sous pression sert de cale et continue à pénétrer dans la limite de la surface interne du trou 1 0A et de la surface externe de l'arbre 1. Les pressions de surface d'ajustage dans les régions C et D sont désignées par PC et PD, respectivement, à un état tel que l'huile sous pression n'est pas injectée dans la gorge 13 d'injection d'huile et on considère de plus maintenant, que la pression PD de surface d'ajustage est plus grande que la pression PC de surface d'ajustage (PD > PC), ce qui est, par exemple, le cas lorsque la région D est placée adjacente au bras 1 1 comme le montre la figure 1. La pression qui sert à presser une partie du moyeu 10 sur l'arbre 1 est désignée par V1, et la pression qui sert à séparer la surface interne du moyeu 10 de l'arbre 1 est désignée par V2. Alors, en concevant la section transversale de la gorge 13 d'injection d'huile selon l'inégalité suivante: PC + V1 > PD (1), l'huile sous pression pénètre dans la région D qui est au-delà de la région C. Comme l'angle entre la paroi en pente F1 de la gorge 13 d'injection d'huile et la surface F5 de l'arbre 1 est un angle aigu à proximité de la région D, l'huile sous pression fonctionne comme une cale et elle peut facilement pénétrer dans la région D. La figure 3 est un graphique mesuré réellement, représentant la relation entre la résistance R à l'ajustage à pression (axe des ordonnées) et la position X (axe des abscisses) de l'épaulement 1A de l'arbre 1 par rapport au moyeu 10 pendant l'opération d'ajustage à pression. Dans le cas de ce graphique, l'arbre 1 est inséré à partir du côté gauche jusqu'au côté droit dans le trou 1 0A du moyeu 10 dans le mécanisme qui est montré par la figure 1. L'arbre 1 a 250 mm de diamètre et l'interférence entre le diamètre externe de l'arbre 1 et le diamètre interne du moyeu 10 est choisie à une valeur standard prédéterminée d'ajustage à pression. La pression d'huile qui est injectée dans la gorge d'injection d'huile 13 est comprise entre 1500 et 1800 bars. Quand débute l'insertion de l'arbre 1, la résistance R à l'ajustage à pression augmente linéairement. Quand l'épaulement 1A (voir figure 1) de l'arbre 1 a atteint la gorge 13 d'injection d'huile et qu'il l'a bouchée, la résistance R atteint environ 10 tonnes. Subséquemment, l'huile sous pression est injectée dans la gorge 13 d'injection d'huile par le trou 14 d'injection d'huile. En conséquence, la résistance R diminue rapidement aux environs de 5 tonnes. La résistance R augmente légèrement en réponse à la distance d'insertion de l'arbre 1 dans le trou 10A sans excéder environ 10 tonnes. Au contraire, dans le cas des mécanismes conventionnels du même diamètre, comme le montre la figure 2, la résistance R augmente en réponse à la distance d'insertion et la résistance maximale à l'ajustage à pression R est de 100 tonnes. La figure 4 est une vue en coupe transversale d'une gorge 15 d'injection d'huile qui représente un deuxième exemple du premier mode de réalisation. Dans cet exemple, l'angle 62 de la paroi en pente F6 est d'environ 30 et la paroi F7 est perpendiculaire à la paroi du trou 10A. La pression de surface d'ajustage dans la région D est diminuée par la force de poussée dans la direction montrée par la flèche Y6 qui est appliquée à la paroi en pente F6. Bien qu'une force de poussée dans la direction montrée par la flèche Y7 qui est appliquée à la paroi F7 pousse cette paroi vers la gauche sur la figure 4, cette force de poussée n'affecte pratiquement pas la variation de la pression de surface d'ajustage dans la région C. La gorge 15 d'injection d'huile a une forme qui est plus facile à fabriquer mécaniquement et son prix de fabrication est réduit en comparaison avec le premier exemple ci-dessus mentionné de la figure 2. Dans la gorge 15 d'injection d'huile du deuxième exemple, si les pressions de surface d'ajustage dans les régions C et D sont désignées par PC et PD, respectivement, et que la force de poussée qui est appliquée à la paroi interne du moyeu 10 afin de provoquer une séparation de la surface externe de l'arbre 1 est désignée par V2, alors la forme de la gorge 15 d'injection d'huile est choisie de façon à satisfaire la relation (2) qui suit: PC > PD - V2 ...... La figure 5 est une vue en coupe transversale montrant la forme de la gorge 16 d'injection d'huile d'un troisième exemple du premier mode de réalisation. En se référant à la figure 5, la pression de surface d'ajustage dans la région D est réduite par la force de poussée dans la direction montrée par la flèche Y8 qui est appliquée perpendiculairement à la paroi F8 et la force de poussée dans la direction montrée par la flèche Y9 qui est appliquée à la surface externe de l'arbre 1. Mais la pression de surface d'ajustage dans la région C augmente par la force de poussée appliquée à la paroi en pente F10 à proximité de la région C dans la direction montrée par la flèche Y10. L'huile sous pression pénètre à peine dans la région C mais pénètre dans la région D et ainsi on peut obtenir un effet similaire à celui du premier exemple.Une force de poussée qui est appliquée à une paroi F11 ne provoque pas de changement de la pression de surface d'ajustage dans la région D. La figure 6 est une vue en coupe transversale montrant la forme d'une gorge 17 d'injection d'huile selon un quatrième exemple du premier mode de réalisation. En se référant à la figure 6, la pression de surface d'ajustage dans la région D est réduite par une force de poussée dans la direction montrée par la flèche Y12 qui est appliquée à une paroi F12 en forme d'arc et la force de poussée dans la direction montrée par la flèche Y14 qui est appliquée à la surface externe de l'arbre 1. Une force de poussée dans la direction montrée par la flèche Y13 qui est appliquée à la paroi F13 qui est verticale sur la surface externe de l'arbre 1 affecte à peine la pression de surface d'ajustage dans la région C. En conséquence, la pression de surface d'ajustage dans la région D devient plus petite que celle dans la région C et l'huile sous pression pénètre dans la région D. La figure 7 est une vue en coupe transversale du mécanisme d'ajustage à pression d'un arbre selon un second mode de réalisation de la présente invention. En se référant à la figure 7, un moyeu 21 d'une roue dentée a un trou 21A dans lequel est ajusté à pression un arbre 20. Dans ce second mode de réalisation, une gorge 22 d'injection d'huile est formée dans la surface externe de l'arbre 20. La gorge 22 est en communication avec un trou 23 d'injection d'huile qui passe le long de l'axe central de l'arbre 20 et l'huile sous pression est injectée dans la gorge 22 d'injection d'huile par le trou 23 d'injection d'huile. La figure 8 est une vue en coupe transversale agrandie de la gorge 22 d'injection d'huile du premier exemple du second mode de réalisation. La section transversale de la gorge 22 est sensiblement similaire à celle du premier exemple du premier mode de réalisation. Les parois F22 et F23 correspondent aux parois F1 et F3 de la figure 2, respectivement. L'effet dû à l'huile injectée dans la gorge 22 est sensiblement similaire à celui du premier exemple du premier mode de réalisation et par conséquent l'explication de l'opération du premier mode de réalisation s'applique de même en tenant compte des modifications nécessaires. Par conséquent, une plus ample description sera omise. Selon le second mode de réalisation, la section transversale de la gorge 22 d'injection d'huile qui est formée sur la surface externe de l'arbre 20 est asymétrique par rapport à un plan 22B qui est perpendiculaire à l'axe central de l'arbre 20 passant par un point central *une partie de trou 22A de la gorge 22 d'injection d'huile (le plan 22B est perpendiculaire à la surface du papier sur la figure 8). Par conséquent, les pressions de surface d'ajustage dans les régions C et D, des deux côtés du plan, sont différentes. En conséquence, l'huile sous pression injectée dans la gorge 22 pénètre dans la région D qui est plus petite par sa pression de surface d'ajustage. Les figures 9, 10 et 1 1 sont des vues des sections transversales des gorges 23, 24 et 25 d'injection d'huile d'un deuxième, d"un troisième et d'un quatrième exemple du second mode de réalisation, respectivement. Les sections transversales et les effets des gorges d'injection d'huile 23, 24 et 25 sont sensiblement similaires au cas des gorges d'injection d'huile 15, 16 et 17 du premier mode de réalisation, respectivement, et par conséquent leur description sera omise. Dans les premier et second modes de réalisation ci-dessus mentionnés, une gorge d'injection d'huile 13 ou 22 est formée sur la totalité de la circonférence du trou 1 0A du moyeu 10 ou bien sur la surface externe de l'arbre 20. On peut former en parallèle plusieurs gorges d'injection d'huile. D'autre part, un certain nombre de gorges d'injection d'huile séparées sur la circonférence peuvent être formées. Dans ce cas, un trou 14 d'injection d'huile doit être prévu sur chaque gorge d'injection d'huile. REVENDICATIONS 1. Mécanisme pour l'ajustage à pression d'un arbre et d'un organe cylindrique, du type comprenant un arbre d'un diamètre prédéterminé et un moyeu cylindrique ayant un trou pour l'arbre dans lequel ledit arbre est ajusté à pression et ayant au moins une gorge d'injection de fluide qui est formée sur la paroi dudit trou pour recevoir un fluide injecté sous pression, caractérisé en ce que la section transversale de la gorge (13) d'injection du fluide est asymétrique par rapport à un plan (13B) perpendiculaire, qui est perpendiculaire à l'axe central dudit trou (10A) pour l'arbre et qui passe par un point central d'une ouverture vers le trou pour l'arbre dans la gorge (13) d'injection de fluide. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge d'injection de fluide (13) a au moins une première paroi en pente dont l'angle moyen de la pente est aigu par rapport à l'axe central du trou pour l'arbre, dans un plan en coupe de la gorge d'injection de fluide contenant l'axe central dudit trou et qui est en surplomb, la pointe dudit angle aigu étant plus proche du centre du moyeu cylindrique par rapport au plan perpendiculaire. 3. Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gorge (13) a au moins une seconde paroi dont la pente est à un angle obtus par rapport à l'axe central du trou dans un plan en coupe de la gorge d'injection du fluide et qui fait face sensiblement à la première paroi en pente en lui étant parallèle. 4. Mécanisme pour l'ajustage à pression d'un arbre, du type comprenant un moyeu cylindrique ayant un trou d"un diamètre interne prédéterminé et un arbre devant être ajusté à pression dans ledit trou, ledit moyeu cylindrique ayant au moins une gorge d'injection de fluide sur sa surface externe où est injecté du fluide, caractérisé en ce que la section transversale de la gorge (13) d'injection du fluide est asymétrique par rapport à un plan perpendiculaire qui est perpendiculaire à l'axe central dudit arbre et qui passe par un point central de l'ouverture vers la surface cylindrique externe de la gorge d'injection de fluide. 5. Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que la gorge (13) a au moins une troisième paroi dont l'angle moyen de la pente forme un angle aigu avec l'axe central de l'arbre dans un plan en coupe de la gorge d'injection de fluide, la pointe de l'angle aigu étant plus proche de l'axe central du moyeu cylindrique correspondant au centre de l'arbre en comparaison avec le plan perpendiculaire. 6. Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que la gorge (13) a au moins une quatrième paroi dont l'angle moyen de la pente forme un angle obtus avec l'axe central de l'arbre dans un plan en coupe de la gorge d'injection de fluide et se trouve sensiblement face à la troisième paroi et parallèle à elle.