Brevet FR2858377A1 — publié le 20050204

Dispositif de roue libre. La présente invention concerne le domaine des roues libres S également dénommées embrayages unidirectionnels qui peuvent être utilisées dans de nombreuses applications. Une roue libre peut être associée à un palier et interposée entre un élément intérieur et un élément extérieur. La roue libre permet de transmettre un couple dans un sens et 10 d'autoriser une rotation relative dans l'autre sens. Un palier peut être également interposé entre l'élément intérieur et l'élément extérieur pour supporter des charges radiales et éventuellement axiales. Le document FR A 2 726 059 décrit un dispositif de ce genre. Or, il serait bénéfique de limiter le couple transmis lorsque la 15 roue libre est en position de blocage, notamment pour diminuer les sollicitations subies par d'autres éléments mobiles, et réduire leur fatigue. Le document FR A 2 615 568 décrit un lanceur de démarreur à roue libre comportant un limiteur de couple. Un tel lanceur est toutefois relativement encombrant. L'invention propose de limiter le couple transmis de façon simple et compacte. L'invention propose un dispositif de roue libre à limiteur de couple facile à transporter et à manipuler et à intégrer dans un ensemble mécanique. Le dispositif de roue libre, selon un aspect de l'invention, comprend au moins un élément de coincement, du type prévu pour être disposé entre un élément intérieur et un élément extérieur pour laisser libre un mouvement de rotation dans un sens entre l'élément extérieur et l'élément intérieur et pour transmettre un couple dans l'autre sens 30 entre l'élément extérieur et l'élément intérieur. La roue libre comprend un ressort apte à laisser libre un mouvement de rotation dans un sens et à transmettre un couple dans l'autre sens, et un corps annulaire apte à limiter le couple transmis par la roue libre. Une piste de glissement pour le ressort peut être formée sur une surface intérieure cylindrique de l'élément extérieur ou une surface extérieure cylindrique de l'élément intérieur, le corps annulaire étant disposé en contact avec la surface extérieure cylindrique ou la surface 5 intérieure cylindrique respectivement et étant apte à se déplacer avec friction par rapport à ladite surface. La roue libre équipée d'un limiteur de couple reste peu encombrante. Dans un mode de réalisation de l'invention, le corps annulaire est monobloc en forme d'anneau ouvert. Le corps annulaire peut être 10 réalisé par moulage d'un matériau synthétique. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le corps annulaire consiste en deux pièces et présente une forme générale annulaire. Lesdites deux pièces peuvent être pourvues de portions de solidarisation mutuelle. Le ressort peut comprendre un fil à section circulaire ou rectangulaire. Le ressort peut comprendre une extrémité solidaire en rotation du corps annulaire Dans un mode de réalisation de l'invention, l'extrémité du ressort solidaire en rotation du corps annulaire est en saillie dans un 20 logement axial ménagé dans le corps annulaire. Le montage peut s'effectuer par un simple mouvement axial. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'extrémité du ressort solidaire en rotation du corps annulaire présente la forme d'un crochet en saillie dans un logement de forme concordante ménagé dans 25 le corps annulaire. Le montage peut s'effectuer par un simple mouvement radial. Dans un mode de réalisation de l'invention, la roue libre consiste seulement en un ressort et un corps annulaire élastique radialement. La roue libre est alors particulièrement simple et 30 économique puisqu'elle ne comporte plus que deux pièces. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la roue libre comprend un organe de mise en précontrainte radiale du corps annulaire. On peut ainsi ajuster la précontrainte par le choix dudit organe de mise en précontrainte. L'organe de mise en précontrainte radiale peut comprendre un anneau plat ouvert, par exemple un circlips. L'organe de mise en précontrainte radiale peut comprendre un anneau toroïdal ouvert, par exemple un jonc. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'organe de mise en précontrainte radiale est disposé dans une rainure ménagée dans le corps annulaire. On peut choisir la précontrainte lors du montage de la roue libre. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'organe de 10 mise en précontrainte radiale est moulé avec le corps annulaire. Les opérations de montage sont particulièrement simples. Avantageusement, le corps annulaire est pourvu d'un revêtement de friction disposé sur une surface sensiblement cylindrique du côté opposé au ressort. Ladite surface cylindrique est 15 prévue pour coopérer avec une surface correspondante d'un élément intérieur ou extérieur, par exemple un moyeu ou un alésage de poulie. Une pluralité de rainures inclinées par rapport à un plan radial peuvent être ménagées dans la surface cylindrique, notamment pour favoriser la lubrification des surfaces en friction. Les rainures peuvent être 20 axiales ou hélicoïdales. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un palier permettant à l'élément extérieur de tourner par rapport à l'élément intérieur. Le palier peut être un palier à roulement. Des pistes de roulement pour des éléments roulants dudit palier sont 25 ménagées dans les éléments intérieur et extérieur. Alternativement, les pistes de roulement sont ménagées dans des bagues intérieure et extérieure solidaire des éléments intérieur et extérieur. Le ressort est avantageusement pourvu de spires en contact de frottement sur l'élément intérieur ou extérieur. Grâce à l'invention, on limite l'encombrement de la roue libre qui se présente sous la forme d'une cartouche compacte prémontée relativement bien protégée contre les éléments extérieurs. La durée de vie des pièces mobiles en amont et en aval de la roue libre est allongée grâce à l'écrêtement des pics de couple, d'où une économie de fonctionnement et une réduction du risque de bris. La roue libre est particulièrement bien adaptée pour une poulie de tension de courroie associée à un tendeur de courroie hydraulique 5 ou mécanique pour un système d'entraînement de courroie d'arbre à cames dans un moteur thermique. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue en coupe selon I-I de la figure 2 d'un dispositif de roue libre selon un mode de réalisation de l'invention; -la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1; -la figure 3 est une vue de détail de la figure 2; -la figure 4 montre une variante de la figure 3; -la figure 5 est une vue en perspective d'un embrayage de roue libre selon un autre mode de réalisation de l'invention; -la figure 6 est une vue en perspective d'un dispositif de roue libre comprenant l'embrayage de la figure 5; -la figure 7 est une vue en perspective du dispositif de la figure 20 6; -les figures 8 et 9 sont des vues en perspective d'un dispositif de roue libre selon un autre mode de réalisation de l'invention; et -la figure 10 est une vue en perspective d'un dispositif de roue libre selon un autre mode de réalisation de l'invention. Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, le dispositif de roue libre, référencé 1, se présente sous la forme d'une cartouche annulaire de section rectangulaire et est disposé sur un manchon 2 d'axe 3, au voisinage d'un palier à roulement 4, et dans un élément extérieur 5. Le dispositif de roue libre 1 comprend un corps limiteur de couple 6 de forme générale annulaire, et un organe d'embrayage 7 sous la forme d'un ressort Le manchon 2 comprend un alésage 2a, une surface radiale frontale 2b, une surface extérieure cylindrique 2c s'étendant sur la majeure partie de sa longueur à partir de la surface radiale d'extrémité 2b, une surface radiale 2d s'étendant vers l'extérieur à partir de l'extrémité de la surface extérieure cylindrique 2c, une surface axiale 2e 10 de faible longueur s'étendant à partir de l'extrémité libre de la portion radiale 2d, axialement à l'opposé de la surface radiale d'extrémité 2b, et une surface radiale d'extrémité 2f opposée à la surface radiale d'extrémité 2b. Le roulement 4 peut être de type standard, à faible coût de 15 fabrication et comprend une bague intérieure 8 pourvue d'un alésage monté, par exemple par emmanchement, sur la surface cylindrique extérieure 2c du manchon 2, et en contact avec la portion radiale 2d, une bague extérieure 9, une rangée d'éléments roulants 10, ici des billes, disposés entre une piste de roulement de la bague intérieure 8 et 20 une piste de roulement de la bague extérieure 9, une cage 11 de maintien de l'espacement circonférentiel des éléments roulants 10 et des joints d'étanchéité 12 et 13 solidaires de la bague extérieure 9 et frottant sur une portée cylindrique de la bague intérieure 8, disposés d'un côté et de l'autre de la rangée d'éléments roulants 10 pour 25 empêcher l'intrusion d'éléments étrangers à proximité des éléments roulants 10 et pour conserver un produit lubrifiant tel que de la graisse à l'intérieur du roulement et à proximité des éléments roulants 10. La bague extérieure 9 est pourvue d'une surface cylindrique extérieure 9a, coaxiale à la surface cylindrique extérieure 2c du manchon 2. L'élément extérieur 5 comprend un alésage central Sa monté, par exemple par emmanchement, sur la surface cylindrique extérieure 9a de la bague extérieure 9. Le palier à roulement 4 assure ainsi la liberté de rotation et le centrage de l'élément extérieur 5 par rapport au manchon 2 ainsi que la reprise des efforts radiaux entre ces pièces. L'élément extérieur 5 comprend en outre un alésage 5b, de diamètre 5 légèrement supérieur à l'alésage central 5a, et disposé à l'extrémité axiale de l'élément extérieur 5 située à l'opposé du support 4. Le roulement 4 et l'élément extérieur 5 sont symétriques par rapport à un plan radial passant par le centre des éléments roulants 10. Une surface radiale annulaire 5c est formée entre les alésages Sa et 5b. L'organe d'embrayage 7 est pourvu de spires 14 en contact avec la surface extérieure 2c du manchon 2 et d'une extrémité 15 en saillie vers l'extérieur. Le corps limiteur de couple 6 est réalisé en matériau synthétique et est pourvu d'une surface extérieure axiale 6a en contact avec l'alésage 5b de l'élément extérieur 5, une surface radiale 6b se 15 raccordant à la surface axiale 6a, dirigée vers l'intérieur et en contact avec l'épaulement 5c de l'élément extérieur 5 et avec une surface radiale frontale de la bague extérieure 9 du palier à roulement 4, une surface axiale d'alésage 6c ajustée sur la surface extérieure 2c du manchon 2 et une surface radiale 6d disposée à l'opposé de la surface 20 radiale 6b et joignant les surfaces axiales intérieure 6c et extérieure 6a. Vu en section transversale, le corps 6 présente une forme générale rectangulaire. Le corps 6 comprend deux surfaces radiales d'extrémité 6e et 6f se faisant face. Les surfaces radiales 6e et 6f sont disposées à proximité l'une de l'autre. Le corps 6 forme un anneau ouvert 25 relativement souple radialement. Toutefois, dans la surface axiale intérieure 6c est ménagé un logement annulaire 16 disposé sensiblement au centre du corps 6 dans le sens axial. En outre, une encoche 17 occupant un faible secteur angulaire est ménagée entre le logement 16 et la surface radiale 6b en 30 contact avec le palier à roulement 4. L'encoche 17 débouche sur une surface radiale frontale de la bague intérieure 8 du palier à roulement 4. Les spires 14 de l'embrayage 7 sont logées dans le logement annulaire 16 tandis que l'extrémité 15 en saillie vers l'extérieur est logée dans l'encoche 17. Ainsi, l'une des extrémités libres de l'organe de prise de couple 7 est solidaire en rotation du corps 6 tandis que les spires 14 sont en contact avec frottement sur la surface extérieure axiale 2c du manchon 2. Il en résulte que dans un sens de rotation relative entre le 5 manchon 2 et le corps 6, le ressort tend à serrer et solidarise angulairement ledit manchon 2 et ledit corps 6. Au contraire, dans le sens de rotation relative opposé, les spires 14 ont tendance à se desserrer. Le manchon 2 et le corps 6 peuvent tourner librement l'un par rapport à l'autre dans ledit sens de rotation relative avec un léger 10 frottement des spires 14 sur le surface axiale extérieure 2c du manchon 2. Le corps 6 comprend en outre une rainure annulaire 18 ménagée à partir de la surface radiale 6d disposée à l'opposé du palier à roulement 4 et présentant un fond légèrement plus étendu 15 radialement que l'entrée de ladite rainure 18. Un circlips 19 est disposé dans le fond de la rainure 18 en étant radialement rétreint temporairement lors de son montage. La rainure 18 est dimensionnée de telle sorte que lorsque le circlips 19 est en place dans le fond de la rainure 18, ledit circlips 19 exerce sur le corps 6 un effort radial vers 20 l'extérieur. Le corps 6 étant radialement déformable de par le matériau utilisé et du fait que ledit corps 6 soit un anneau ouvert, la surface extérieure 6a du corps 6 est précontrainte radialement sur l'alésage 5b de l'élément extérieur 5, ce qui garantit la solidarisation du corps 6 et de l'élément extérieur 5 par contact jusqu'à un certain couple qui peut 25 être déterminé par les dimensions de l'élément extérieur 5, du corps 6 et du circlips 19 ainsi que par leurs matériaux constitutifs et de revêtement. En d'autres termes, le logement annulaire 16 et l'encoche 17 coopèrent avec l'organe de l'embrayage 7, et la surface extérieure 30 axiale 6a est en contact avec l'alésage 5b de l'élément extérieur 5 avec possibilité de glisser angulairement par rapport audit alésage 5b en cas de couple trop élevé. Ainsi, en fonctionnement de prise de couple, au-delà d'une certaine valeur de couple, le corps 6 se met à tourner par rapport à l'élément extérieur 5, limitant ainsi à la valeur prédéterminée le couple transmis. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, le dispositif de roue libre 1 comprend un corps 6 dont la rainure 18 est formée à 5 partir de la surface radiale 6b et présente une section sensiblement carrée en coupe axiale. Dans la rainure 18, est disposé un anneau toroïdal 20, de préférence ouvert, par exemple réalisé à partir d'un fil d'acier et présentant des caractéristiques élastiques prédéterminées permettant de déformer légèrement la portion de grand diamètre du 10 corps 6 pour créer une précontrainte radiale dirigée vers l'extérieur exercée par le corps 6 sur l'alésage de l'élément extérieur et de déterminer ainsi une valeur de couple transmis entre la roue libre 1 et l'élément extérieur 5 au-delà de laquelle la roue libre 1 peut glisser par rapport à l'élément extérieur 5. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 5 à 7, l'organe d'embrayage 7 est réalisé à partir d'un fil à section rectangulaire et comporte six spires 14 dont l'une se termine par une portion droite 23 se prolongeant par une portion axiale 24 disposée à l'extérieur des spires 14 et se prolongeant elle-même par une portion 20 d'extrémité 26 rabattue parallèlement à la portion droite 23 pour former une extrémité en U formant un crochet. A l'extrémité opposée de l'organe d'embrayage 7, une spire se termine par une extrémité 27 juxtaposée à la spire voisine. Comme on le voit plus particulièrement sur les figures 6 et 7, 25 le circlips 19 est en concordance de forme avec le logement 18 ménagé à partir de la surface radiale 6b du corps 6. Un circlips 19 peut éventuellement être solidarisé avec ledit corps 6 par surmoulage de la matière synthétique du corps 6 sur le circlips 19. Le corps 6 se présente ici sous la forme d'un anneau ouvert réalisé en une seule 30 pièce et dans lequel est disposé le ressort d'embrayage 7 illustré sur la figure 5. Une rainure 28 sensiblement droite est ménagée à partir de l'alésage du corps 6 jusqu'à la surface extérieure cylindrique 6a de façon tangente à la surface cylindrique intérieure 6c, et ce à partir de la surface radiale 6d. La rainure 28 se prolonge par une rainure axiale 29 ménagée à partir de la surface cylindrique extérieure 6a sur toute la largeur du corps 6, se prolongeant elle-même par une rainure droite 30 parallèle à la rainure 28 et ménagée à partir de la surface radiale 6b 5 tout en passant sous le circlips 19. On peut ainsi y loger le crochet formé par l'extrémité libre de grand diamètre de l'organe d'embrayage 7, la portion droite 23 venant dans la rainure tangente 28, la portion axiale 24 venant dans la rainure axiale 29 et la portion d'extrémité 26 étant disposée dans la rainure droite 30 passant sous le circlips 19. Le montage de l'organe d'embrayage 7 et du corps 6 s'effectue de façon aisée en écartant légèrement le diamètre du corps 6 pour disposer les spires 14 dans le logement prévu à cet effet dans l'alésage 6c du corps 6, puis en venant passer la portion d'extrémité 26 de l'organe d'embrayage 7 dans la rainure axiale 29, puis dans la rainure 15 d'extrémité 30. L'accrochage de l'organe d'embrayage 7 et du corps 6 est ici particulièrement fiable et robuste, ces deux éléments ne risquant pas de se séparer l'un de l'autre lors de manipulation. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 8 et 9, le corps 6 comprend deux demi-anneaux 31 et 32 en contact mutuel par 20 une surface sensiblement radiale 33 et une surface oblique sensiblement tangente à l'alésage 6a du corps 6 diamétralement opposée à la surface radiale 33. Une rainure 18 est prévue pour y loger un circlips non représenté, la rainure s'étendant dans les demi-anneaux 31 et 32 en intersection avec la surface radiale 33. L'organe 25 d'embrayage 7 peut être du type illustré sur la figure 5 avec une extrémité en forme de crochet, la jonction entre la portion tangente 23 et la portion d'extrémité 26 parallèle à la portion tangente 23 est assurée ici par une portion courbe 35. La surface tangente 34 forme l'extrémité du demi-anneau 32 et vient en contact avec une surface 30 tangente correspondante 36 du demi-anneau 31. Une rainure 37, en concordance de forme avec le crochet formé à l'extrémité libre de grand diamètre de l'organe d'embrayage 7 par les portions 23, 35 et 26, est ménagée dans le demi-anneau 31 à partir de la surface tangente 36, de façon telle que ledit crochet de l'organe d'embrayage 7 soit logé dans ladite rainure. Le montage de la roue libre 1 s'effectue alors en disposant le ressort 7 dans le demi-anneau 31, comme illustré sur la figure 8, puis 5 en amenant le demi-anneau 32 en contact avec le demi-corps 31, puis en disposant un circlips dans la rainure 18, ledit circlips assurant à la fois la solidarisation de ces différentes pièces et leur mise en précontrainte radiale dans le logement qui reçoit la roue libre. Le mode de réalisation illustré sur la figure 10 est proche du 10 précédent, à ceci près que la solidarisation entre les demi-anneaux 31 et 32 est en outre assurée par un téton 38 faisant partie du demi-corps 31 et étant en saillie à partir de la surface tangente 36 et prévu pour entrer dans un creux correspondant non visible sur la figure 12 ménagé à partir de la surface tangente 34 du demi-anneau 32. Le téton 38 est 15 en outre pourvu d'un crochet 39 assurant une solidarisation des deux demi- anneaux 31 et 32. La rainure 37 est formée autour du téton 38. Comme illustré sur les figures 8 à 10, la surface extérieure cylindrique 6a du corps 6 est pourvue d'une pluralité de rainures axiales 40 de faible profondeur, de forme arrondie, qui permettent 20 l'évacuation des particules qui pourraient éventuellement se détacher du corps 6 par friction dans l'alésage de l'élément extérieur. On évite ainsi une usure et une détérioration prématurées susceptibles de nuire à la longévité du corps 6. On peut en outre prévoir un traitement de surface sur la surface cylindrique extérieure 6a du corps 6, afin de 25 réduire son usure pour accroître la durée de fonctionnement et afin de mieux maîtriser la friction entre le corps 6 et le logement qui le reçoit. A titre de variante, on pourrait prévoir de réaliser le corps 6 en acier fritté au lieu de la matière plastique. Grâce à l'invention, on accroît la longévité de la roue libre et 30 des organes mécaniques montés en amont ou en aval par le filtrage des pics de couple effectué par l'organe de friction. La bague de la roue libre coopère également avec l'organe de friction, d'où un ensemble particulièrement compact facile à transporter, à manipuler et à monter dans un ensemble mécanique, par exemple entre un logement cylindrique et un arbre. REVENDICATIONS 1-Dispositif de roue libre (1) pourvue d'au moins un élément de coincement (7), du type prévu pour être disposé entre un élément intérieur (2) et un élément extérieur (5) pour laisser libre un 5 mouvement de rotation dans un sens entre l'élément extérieur et l'élément intérieur et pour transmettre un couple dans l'autre sens entre l'élément extérieur et l'élément intérieur, caractérisé par le fait que la roue libre (1) comprend un ressort apte à laisser libre un mouvement de rotation dans un sens et à transmettre un couple dans l'autre sens, et 10 un corps annulaire (6) apte à limiter le couple transmis par la roue libre (1). 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps annulaire (6) est monobloc en forme d'anneau ouvert. 3-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que 15 le corps annulaire (6) consiste en deux pièces (31, 32) et présente une forme générale annulaire. 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ressort comprend une extrémité solidaire (15) en rotation du corps annulaire et consiste en 20 un fil à section circulaire ou rectangulaire. 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une extrémité (24) du ressort solidaire en rotation du corps annulaire (6) est en saillie dans un logement axial (25) ménagé dans le corps annulaire. 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'une extrémité (26) du ressort solidaire en rotation du corps annulaire (6) présente la forme d'un crochet en saillie dans un logement (37) de forme concordante ménagé dans le corps annulaire. 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la roue libre (1) consiste seulement en un ressort et un corps annulaire élastique radialement. 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un organe de mise en précontrainte radiale du corps annulaire (6). 9-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que 5 l'organe de mise en précontrainte radiale comprend un anneau plat ouvert (19). 10-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'organe de mise en précontrainte radiale comprend un anneau toroiïdal ouvert (20). 11-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que l'organe de mise en précontrainte radiale est disposé dans une rainure (18) ménagée dans le corps annulaire (6). 12-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que l'organe de mise en précontrainte radiale est 15 moulé avec le corps annulaire (6). 13-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps annulaire (6) est pourvu d'un revêtement de friction disposé sur une surface cylindrique (6a) du côté opposé au ressort. 14-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps annulaire (6) est pourvu de rainures (40) inclinées par rapport à un plan radial et ménagées sur une surface cylindrique (6a) du côté opposé au ressort.