Brevet FR2816684A1 — publié le 20020517

- 1 - 2816684 La présente invention concerne un embrayage à chien avec usure et bruit réduits. Ce dispositif, connu aussi avec le nom de roue libre, est utilisé dans les cas de transmission d'un couple entre deux éléments coaxiaux, un arbre et un moyeu, seulement dans un sens de rotation, alors que l'accouplement doit résulter en torsion libre dans le sens de rotation oppose. Un emploi typique concerne la mise en rotation de grosses masses inertielles par l'arbre à l'aide du moyeu, ou vice versa, ces masses à l'arrêt de l'arbre ne peuvent pas être bloquées immédiatement puisqu'elles causeraient un couple de retour élevé avec la rupture conséquente des organes mécaniques. Avec l'embrayage à chien, au moment de l'arrêt de l'arbre moteur, les masses tournantes peuvent continuer à tourner librement jusqu'à ralentir et à s'arrêter d'une manière graduelle. On peut trouver dans le commerce plusieurs sortes d'embrayages à chien construits de manière différente, ayant tous le même principe de fonctionnement et en se différenciant entre eux dans les solutions de réalisation. Un exemple classique d'embrayage à chien communément utilisé est celui représenté dans les figures 1 et 2. Dans ces dernières m indique le moyeu, a indique l'arbre, alors que les languettes sont indiquées d'une manière générale par 1 et les ressorts relatifs par - 2 - ml. Deux ou plusieurs enclenches ca sont normalement obtenues sur l'arbre a, elles sont suffisamment profondes pour contenir les languettes 1 avec les ressorts ml qui peuvent être hélicoïdaux (et donc avec un trou ultérieur de- logement obtenu sur le fond de l'enclenche ca), ou à lame (avec des éléments de retenue latéraux montés sur l'arbre pour empêcher qu'ils sortent de l'enclenche). Par contre sur le moyeu sont obtenues des enclenches cm raccordées avec des rampes r au diamètre de centrage entre moyeu et arbre. Le nombre des enclenches cm est le même que le nombre des languettes, ou un multiple. Quand l'arbre tourne en sens anti-horaire ou le moyeu tourne en sens horaire, les languettes 1, poussées par les ressorts ml, se soulèvent jusqu'à se coincer dans les enclenches cm du moyeu, en produisant un engagement rigide de torsion entre l'arbre et le moyeu et en permettant donc la transmission réciproque de couple. Au contraire, en tournant l'arbre en sens horaire ou le moyeu en sens anti-horaire, puisque le moyeu glisse relativement à l'arbre, la rampe de raccordement r en agissant sur l'arête supérieure ss des languettes, pousse ces dernières vers le bas contre l'action du - 3 - ressort en les faisant rentrer dans l'enclenche ca de l'arbre après une rotation des languettes ayant comme point d'appui leur arête inférieure si. Donc le moyeu et l'arbre peuvent tourner à vide l'un par rapport à l'autre. Dans une position intermédiaire se présente la situa- tion de la figure 2. Pendant la rotation réciproque, dès que l'arête ss des languettes découvre l'arête sm du moyeu, les languettes 1 se réouvrent soudainement, grâce à l'action du ressort situé au-dessous, et ensuite se renferment à nouveau. Si l'on invertit la rotation réciproque de moyeu et arbre, les languettes en glissant en sens contraire sur la rampe r, se réouvrent en s'engageant et en arrêtant réciproquement le moyeu et l'arbre. Pendant la rotation "folle" à chaque saut des languettes on a un choc qui produit le bruit intermittent caractéristique de ces embrayages fous. Les désavantages de ce type d'embrayages sont liés au fait que les enclenches sur l'arbre doivent être suffisamment grandes pour pouvoir contenir les languettes et, d'une manière analogue, les enclenches sur le moyeu avec les relatives rampes doivent être suffisamment grandes pour contenir le profil supérieur des languettes qui ne peut être réduit à une simple " saillie " puisque pendant le choc du ré-accouplement -4 - elles pourraient se rompre. Cette disposition réduit considérablement la surface d'accouplement et de centrage entre arbre et moyeu. En outre les enclenches sur l'arbre obligent à utiliser des diamètres de centrage plus grands entre moyeu et arbre pour- éviter des affaiblissements et surtout, en cas de montage de coussinets sur l'arbre, pour dépasser les diamètres de montage de douilles et coussinets éventuels. L'augmentation du diamètre fait en sorte que les vitesses de glissement entre languettes, moyeu et arbre soient très hautes avec une conséquente contrainte d'usure plus grande de ces derniers. Tous ces désavantages acquièrent une importance considérable quand ces embrayages à roue libre sont utilisés, par exemple, dans les inverseurs de mouvement. Dans ces mécanismes les embrayages à roue libre sont utilisés sur deux moyeux emboîtés sur un même arbre. Selon le sens de rotation de l'arbre, l'un des moyeux tourne toujours à vide alors que l'autre est toujours en prise pour un nombre d'heures élevé et à des vitesses considérables, jusqu'à 2000 tours/min et plus. Dans ce cas, le battement continu des languettes aussi peut déranger les personnes qui travaillent au contact -- 5 -- de ces organes. Il s'agit donc d'une utilisation qui n'est pas complètement indiqué pour un tel organe. Comme alternative on peut utiliser des déboîtements mécaniques et manuels qui sont toutefois beaucoup plus coûteux à réaliser, outre à ne pas être automatiques. La présente invention veut dépasser les désavantages susdits en utilisant, dans un embrayage fou, des géométries particulières des enclenches et des languettes telles à attribuer a ces dernières un mouvement complètement différent. En particulier, un but de l'invention est la réalisation, à égalité de dimensions en comparaison d'un embrayage conventionnel, d'un embrayage fou avec des caractéristiques de résistance aux contraintes élevées et en particulier aux contraintes d'usure. En général, un autre but de l'invention est la réalisation d'embrayages fous de dimensions réduites. Un but ultérieur de l'invention est la réduction du bruit en comparaison des embrayages fous traditionnels. Donc, la présente invention fournit un embrayage fou à usure et bruit réduits, comprenant un moyeu, un arbre cylindrique et une série de languettes pour l'accouplement mutuel de l'un et de l'autre dans un seul sens de rotation, qui, d'un point de vue général, 6 - est caractérisé en ce que: - lesdites languettes, ayant une forme prismatique avec une face concave tournée vers l'arbre, sont placées et obligée à flotter autour d'un axe de rotation dans des respectives enclenches de confinement obtenues dans le moyeu; lesdites enclenches ayant à une extrémité une paroi concave de poussée et d'appui de la languette, à l'autre extrémité une paroi concave de retenue de la languette, et, entre une extrémité et l'autre, une paroi convexe ayant une arête pour transmettre le mouvement de rotation à la languette et au moins une gorge o est placé un ressort relatif; - lesdites languettes étant à même de s'engager avec des crans en saillie formés sur la circonférence de l'arbre, ayant, réciproquement orthogonales, une paroi de poussée et une surface d'appui terminant avec une arête qui en position d'engagement tombe à l'intérieur de la face concave de la languette. Des caractéristiques et des avantages ultérieurs de la présente invention seront mieux expliqués par la description détaillée suivante, par ses formes de réalisation préférées illustrées à titre indicatif mais pas limitatif dans les dessins ci-joints o: - la Figure 1 est une section transversale d'un - 7 - embrayage fou de la technique précédente en condition d'engagement; - la Figure 2 est une section transversale de l'embrayage de la figure 1 en condition intermédiaire entre engagement et déblocage; - la Figure 3 est une section transversale du moyeu d'un embrayage fou selon la présente invention; - la Figure 4 est une section de l'arbre d'embrayage fou selon la présente invention; - la Figure 5 est une vue latérale d'une languette pour l'embrayage fou selon la présente invention; - la Figure 6 est une section transversale de l'embrayage fou selon la présente invention en condition d'engagement; - les Figures de 7 à 10 sont des sections transversales partielles de l'embrayage fou selon la présente invention en des phases successives entre conditions d'engagement et de déblocage; - la Figure 11 est une section transversale partielle, en échelle agrandie, d'une variante de l'embrayage fou selon la présente invention en condition d'engagement; - la Figure 12 est une section transversale partielle, en échelle agrandie, de la variante de la Figure 11 en condition de déblocage; - la Figure 13 est une section obtenue selon la ligne - 8 - A-A de la Figure 6. En se référant en particulier aux figures 3, 4 et 5, qui sont des vues respectives des parties composant l'embrayage fou selon une forme de réalisation de l'invention, dans un moyeu 1, dans sa surface interne de centrage et d'accouplement avec un arbre coaxial 4, sont obtenues des enclenches de confinement, indiquées d'une manière générale avec 2, pour des languettes indiquées d'une manière générale avec 3. Chaque languette 3, de forme essentiellement prisma- tique avec une face concave tournée vers l'arbre, est contenue entre l'enclenche 2 du moyeu 1 et l'arbre 4 de manière à tourner autour d'un axe passant à l'intérieur de la section prismatique de la languette. Dans la surface externe homologue 40 de l'arbre 4 de centrage et d'accouplement avec le moyeu 1, des crans en saillie 5 pour les languettes 3 sont obtenus sur la circonférence. Le nombre des crans en saillie 5 est le même que le nombre des enclenches de confinement 2, ou un multiple. Le nombre des enclenches de confinement 2 est le même que celui des languettes 3. Dans la forme de réalisation décrite ou illustrée, il y a trois enclenches sur le moyeu, donc trois languettes et six crans sur l'arbre. Selon la présente invention, sur le profil de -9- l'enclenche de confinement 2 sont prévues des parties activement correspondantes à des parties homologues formées sur le profil de la languette 3: - une paroi concave de poussée et d'appui 20 sur le moyeu 1 d'une face homologue 30 de la languette 3 pendant la transmission du couple; - une paroi convexe 21 ayant une arête qui s'appuie sur une face 31 de la languette 3 pendant sa rotation pour lui transmettre le mouvement correct; - une gorge 22 pour un ressort à lame, comme indiqué ensuite, ou éventuellement pour un o plusieurs ressorts hélicoïdaux; - une paroi concave 23 de retenue de la languette 3, essentiellement de forme circulaire avec un rayon qui correspond au rayon maximal de rotation d'une face correspondante 34 de la languette 3, de manière à permettre l'oscillation de cette dernière. Tout comme les enclenches de confinement 2, sur le profil de chaque cran en saillie 5 de l'arbre 4 aussi sont prévues des parties activement correspondantes à des parties homologues formées sur le profil de la languette 3: - une paroi 50 de poussée sur l'arbre 4 de la face homologue 34 de la languette 3 pendant la transmission du couple; - J0 - - une surface d'appui 51 de la languette 3 qui en limite la course de retour; - une arête 52 qui, en position d'engagement, s'appuie sur une face 35 de la languette 3, ayant le même rayon de courbure que les surfaces 10 et, respectivement, 40 du moyeu et de l'arbre, pour transmettre, en opposition à l'arête de la paroi convexe 21, la rotation initiale de la languette 3. La paroi 50 de poussée et la surface d'appui 51, l'une et l'autre sécantes le cylindre de l'arbre 4, forment entre elles un angle essentiellement droit. La paroi de poussée se trouve sur un plan idéal désaxé par rapport à l'arbre. Dans la figure 6 est représentée la position d'engagement des languettes 3 poussées par des ressorts 6 relatifs, et par conséquent si l'arbre 4 tournait en sens anti-horaire (ou le moyeu 1 en sens horaire) il y aurait la transmission du mouvement et donc du couple entre les deux composants. Pour le fonctionnement, on peut se référer aux figures de 7 à 10, o, pour simplifier, une seule languette est montrée pour représenter le passage d'une condition o le moyeu 1 et l'arbre 4 ont un mouvement rotatoire solidaire à une condition o les mêmes tournent à vide l'un par rapport à l'autre. - 11 - En condition de mouvement solidaire la face 35 de la languette 3 est positionnée en proximité, idéalement au contacte, de l'arête 52 de l'arbre 4 et la paroi 20 de l'enclenche 2 du moyeu 1 et la paroi 50 du cran 5 de l'arbre 4 sont respectivement au contacte des faces et 34 de la languette 3. Tout cela est possible aussi parce que, comme indiqué dans la figure 4, le cran en saillie 5 obtenu dans l'arbre 4 se trouve d'un côté par rapport à l'axe vertical de symétrie de l'arbre. On peut donc avoir un cran en saillie 5 très petit par rapport aux dimensions de la languette 3 et donc aussi une surface d'appui 51 étroite telle qui permet que l'arête 52 se trouve en proximité environ de la partie centrale de la face courbe 35 de la languette 3. En tournant l'arbre 4 en sens horaire, ou le moyeu 1 en sens anti-horaire, l'arête 52 de l'arbre 4, en mouvement par rapport au moyeu 1 et donc à la languette 3, pousse cette dernière au contact de sa face 31 contre l'arrête 21 de l'enclenche de retenue 3 sur le moyeu 1. Cela cause un couple de forces qui fait tourner la languette autour d'un axe passant idéalement par le point 32. Il faut se souvenir que dans l'exemple de la technique précédente la rotation de la languette 3 a lieu par rapport à un de ses - 12 - arêtes extrêmes "si". Toujours en se référant aux figures de 7 à 10, avec l'avancement de la rotation relative de l'arbre par rapport au moyeu (ou vice-versa), la languette 3 tourne de plus en plus, contre l'action des ressorts 6 jusqu'au moment o la-languette 3 s'appui avec sa face sur la circonférence 40 de l'arbre 4. Grâce à la disposition particulière selon l'invention, on observe que l'arbre 4 continuant à tourner à vide par rapport au moyeu 1, la languette 3, même quand elle découvre tout le cran en saillie 5 de l'arbre 4, ne heurte pas tout de suite sur le cran en saillie 5 si non idéalement à l'instant o elle se trouve dans la condition d'engagement montrée dans la figure 7. Mais, surtout à des vitesses relatives élevées, la languette 3 n'a pas le temps de terminer sa course puisque l'arête 52 du cran en saillie 5, qui est toujours au contact de la face 35 de la languette 3, avec la paroi 21 du moyeu, par des rotations à peine successives à celle limite de la figure 7, provoque l'arrêt de la course de la languette 3 et la fait revenir tout de suite en arrière. Cela est favorisé aussi par le fait que la languette, ayant un axe de rotation interne à son profil, acquiert une vitesse périphérique de rotation - 13 - inférieure à celle qu'elle aurait si elle tournait autour à l'un de ses arêtes extrêmes comme dans la technique précédente. Tout cela se traduit en un bruit inférieur de l'embrayage fou. Un autre avantage important consiste en ce que, l'enclenche sur l'arbre étant très petite par rapport à l'enclenche du moyeu et étant peu profonde, avec un même diamètre limite minimum entre cette solution et une solution plus traditionnelle, on a la possibilité de travailler sur un diamètre d'arbre très inférieur et plus proche du diamètre limite minimum en réduisant les vitesse périphériques de glissement réciproque. En outre, tout en travaillant sur un diamètre inférieur, la dimension réduite des crans 5 sur l'arbre 4 accouplé aux moindres dimensions des enclenches du moyeu 1, fait en sorte que la surface 40 de contact et de centrage de l'arbre 4 soit considérablement supérieure, donc avec une meilleure répartition des charges et du support réciproque entre les deux. Le re-engagement de l'arbre et du moyeu aussi est réalisé d'une manière graduelle comme on peut noter en tournant l'arbre en sens anti-horaire (ou le moyeu en sens horaire), comme indiqué en observant les figures de la 10 à la 7. - 14 - Les figures 11 et 12 montrent une variante de la forme de réalisation décrite en avance, o on utilise des numéros de référence semblables ou égaux pour des parties correspondantes. Dans une enclenche de retenue 200 d'un moyeu 100 est obtenu, dans sa partie 23, un renfoncement 24 ultérieur. Ce renfoncement 24 a des dimensions, une forme et des dispositions qui permettent l'introduction d'une protubérance 33 formée dans une face 340 d'une languette 300 tournée vers la paroi concave 23 de retenue de l'enclenche 200. Le renfoncement 24 est délimité par une saillie 25 pour l'engagement avec un relief correspondant 36 de la protubérance 33. La saillie 25 de l'enclenche 200 et le relief correspondant 36 de la languette 3 sont opportunément orientés de manière que si l'arbre tourne en sens horaire par rapport au moyeu, la languette 300, elle aussi, est poussée à tourner légèrement en sens horaire autour de l'axe 4 jusqu'à quand le relief 36 de la languette 300 va s'appuyer sur la saillie 25 de l'enclenche 200. Dans cette manière, comme montré dans la figure 12, l'arbre 4 continuant à tourner en sens horaire par rapport au moyeu, ou vice-versa, le frottement dynamique entre l'arbre 4 et la languette 300, favorisé par la - 15 - viscosité de l'huile de lubrification retient cette dernière appuyée à la saillie 25 de l'enclenche 200 sur le moyeu et donc en s'opposant à la force du ressort 6 empêche que la languette 300 s'engage dans le cran 5 sur l'arbre 4. On élimine ainsi battements et bruits nuisibles. - Quand l'arbre 4 invertit sa rotation, grâce aussi à l'arête 52 du cran 5, la languette 300 est légèrement déplacée jusqu'à se désengager de la saillie 25 de l'enclenche 200 et à rentrer dans le cran 5 de l'arbre pour bloquer la rotation de ce dernier par rapport au moyeu 100. La présente invention prévoit une conformation particulière du ressort à lame 6, mieux indiquée dans les figures 13 et 14 qui sont des sections transversales du ressort le long de la ligne A-A de la figure 6, vu dans la gorge 22 servant de logement ou vu seul. Le ressort 6 présente des ailettes 60 qui, une fois qu'on a monté le ressort dans la gorge 22 du moyeu 1 et inséré l'arbre 4 et la languette 3, font en sorte que le ressort 6 soit parfaitement placé dans son logement et qu'il ne puisse en sortir en aucune manière. En effet, les ailettes 60 s'appuient aux faces extrêmes du moyeu 1, ces ailettes étant - 16 - suffisamment larges pour comprendre toute son épaisseur, de manière que le ressort 6 ne puisse se mouvoir par translation le long de l'axe du moyeu 1 en sortant de ce dernier. La conséquence positive de cette solution de fabrication du ressort, qui est rendu autobloquant, est qu'il n'y a pas besoin de composants additionnels ou de travaux particuliers pour bloquer le ressort dans son logement, avec des avantages évidents du point de vue de la simplicité de montage et du coût global inférieur. L'invention ainsi conçue est susceptible de plusieurs modifications et variantes, toutes faisant partie du but du même concept innovateur. - 17 - REVENDICATIONS 1. Embrayage à chien avec usure et bruit réduits, comprenant un moyeu, un arbre cylindrique et une série de languettes pour l'accouplement mutuel de l'un et de l'autre dans un seul -sens de rotation, caractérisé en ce que lesdites languettes (3; 300), ayant une forme prismatique avec une face concave (35) tournée vers l'arbre, sont placées et obligées à tourner d'une façon flottante autour d'un axe de rotation, ayant pour trace le point (32), dans des respectives enclenches de confinement (2; 200) obtenues dans le moyeu (1; 100); lesdites enclenches de confinement (2; ) ayant à une extrémité une paroi concave (20) de poussée et d'appui de la languette (3; 300), à l'autre extrémité une paroi concave (23) de retenue de la languette (3; 300), et, entre une extrémité et l'autre, une paroi convexe (21) ayant une arête pour transmettre le mouvement de rotation à la languette (3; 300) et au moins une gorge (22) o est placé un ressort relatif (6); - lesdites languettes (3; 300) étant à même de s'engager avec des crans en saillie (5) formés sur la circonférence de l'arbre (4), ayant, réciproquement - 18 - orthogonales, une paroi de poussée (50) et une surface d'appui (51) terminant avec une arête (52) qui en position d'engagement tombe à l'intérieur de la face concave (35) de la languette (3; 300). 2. Embrayage à chien selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit axe d'oscillation a pour trace un point (32) interne à la section prismatique de la languette (3; 300). 3. Embrayage à chien selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite languette (300), dans l'une de ses faces tournée vers la paroi concave (23) de retenue de l'enclenche (200) a une protubérance (33) qui doit être reçue dans un renfoncement (24) obtenu dans la paroi concave (23) et délimité par une saillie (25) pour l'engagement avec un relief correspondant (36) de la protubérance (33). 4. Embrayage à chien selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ressort (6) est un ressort à lame ayant des ailettes radiales (60) aux extrémités.