Brevet FR2872234A1 — publié le 20051230

Accouplement tolérant de forts déplacements angulaires et axiaux La présente invention est relative â un dispositif d'accouplement tolérant de forts déplacements angulaires et axiaux. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'accouplements mécaniques sensiblement homocinétiques. Dans de nombreuses applications mécaniques, le système générant la puissance mécanique est éloigné du récepteur; sur un hélicoptère, le rotor arrière se trouve â plusieurs mètres des moteurs. La puissance nécessaire â l'entraînement du rotor doit être acheminée mécaniquement vers le rotor par ce qu'on appelle une transmission; le couple d'entraînement peut atteindre et dépasser 1.000 Newton-mètre, et la vitesse de rotation peut atteindre et dépasser 20.000 tours par minute. Cet éloignement introduit des dispersions entre la position géométrique du moteur et du récepteur. Les dispersions de position entre moteur et récepteur sont soit le résultat de la fabrication, soit le résultat des déformations sous charges induites par le fonctionnement du système (par exemple la déformation de la poutre de queue sur un hélicoptère lors de l'utilisation du rotor arrière). Il est donc nécessaire de proposer un système de transmission capable de transmettre la puissance requise malgré un décalage ou désalignement relatif moteur-récepteur. Un objectif de l'invention est donc de proposer un système mécanique autorisant la transmission de couples importants, qui soit, en outre, compatible avec de forts déplacements axiaux et angulaires de la transmission. Cet accouplement doit également présenter une grande durée de vie et une faible masse. 2872234 2 L'inconvénient principal des dispositifs d'accouplement connus est qu'ils ne tolèrent pas de forts déplacements axiaux et angulaires; en outre, ces dispositifs sont généralement complexes, coûteux et lourds. Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif 5 d'accouplement amélioré et/ou remédiant, en partie au moins, aux inconvénients des accouplements connus. Selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif d'accouplement pour relier deux arbres ou systèmes homocinétiques tournant selon un axe de rotation (théorique) commun, caractérisé en ce qu'il comporte deux flasques (ou plaques) parallèles réuni(e)s par leur région centrale et formant une seule pièce; selon un mode préféré de réalisation, les flasques (ou plaques ou brides) sont réuni(e)s par un manchon ou moyeu ou tube de section circulaire, et forment une seule pièce avec celui-ci. De préférence, le manchon présente un premier diamètre intérieur â ses deux extrémités axiales, et présente un second diamètre intérieur dans sa partie centrale (ou médiane) qui est inférieur au premier diamètre; de préférence, en outre, le manchon présente une épaisseur (mesurée dans un plan radial parallèle aux flasques) qui est plus élevée dans sa partie centrale que dans ses parties d'extrémité ; ceci permet d'homogénéiser les contraintes mécaniques dans le manchon; on obtient ainsi un orifice de passage axial au travers du manchon, qui présente une forme convergente puis divergente. De préférence, chacune des flasques comporte au moins deux bras, 25 notamment trois bras identiques décalés de 120 autour de l'axe du dispositif (et du manchon), de façon â former un dispositif isostatique. Chaque bras se comporte comme une p-o-ütre ëiïcâstrée dans le moyeu et susceptible de se déformer élastiquement et indépendamment des autres bras, conférant â l'accouplement une capacité accrue de compensation d'un désalignement. 2872234 3 De préférence encore, chaque flasque et/ou chaque bras présente une première épaisseur dans une première région (ou région centrale) s'étendant au voisinage du manchon, une seconde épaisseur dans une seconde région (ou région périphérique) s'étendant au voisinage de son extrémité périphérique, et une troisième épaisseur dans une troisième région (ou portion), dite région intermédiaire, s'étendant entre les première et seconde régions; la troisième épaisseur est inférieure â la première épaisseur, et l'épaisseur des régions comprises entre ces deux régions variant continûment pour homogénéiser les contraintes mécaniques, dans le bras ou flasque. Afin de permettre la fixation de chacune des deux flasques â une bride respectivement prévue sur chacun des arbres â accoupler, chaque bride (ou flasque ou bras) de la pièce d'accouplement est de préférence percée d'un orifice ou alésage au moins, qui s'étend dans ladite région périphérique; et ladite seconde épaisseur est supérieure â ladite troisième épaisseur, afin de renforcer la pièce au voisinage du (des) alésage(s). Selon un mode préféré de réalisation, chaque flasque présente un contour en forme de triangle isocèle curviligne ou en forme d'hexagone curviligne, centrée sur l'axe de rotation, les flasques étant mutuellement décalés de 600 selon l'axe du dispositif qui est orthogonal aux plans des flasques et qui passe par les deux centres respectifs des deux flasques. De préférence, la pièce formant les flasques et le manchon ou moyeu est métallique, en particulier réalisée â partir d'un moulage en titane, ou en acier, ou en alliage d'aluminium voire en matériaux composites selon les niveaux de charge et de déformations requis. Selon un mode de réalisation préféré, chaque bras est percé de deux alésages identiques et présente une zone entourant ces alésages dont l'épaisseur est supérieure a celle de la région médiane du bras. Selon un autre aspect de l'invention, on forme la pièce incorporant 30 les plaques et le moyeu par usinage d'une ébauche métallique. Ce procédé 2872234 4 sans soudure évite la diminution des caractéristiques du matériau utilisé et permet donc de profiter des caractéristiques métallurgiques du métal de base dans toutes les zones de la pièce. L'accouplement selon l'invention se monte â l'interface de deux éléments de transmission mécanique (mécanique engrenante ou arbre de transmission) dont les positions relatives peuvent varier axialement avec une amplitude de l'ordre d'un millimètre, ou angulairement avec une amplitude de l'ordre de un degré. Chacun des bras est fixé par une liaison assurant un encastrement 10 sur l'élément mécanique correspondant; la technologie de cette liaison est indifférente vis-à-vis des propriétés de l'accouplement. La géométrie de l'accouplement est optimisée pour assurer le passage d'un couple élevé tout en acceptant des déplacements axiaux et angulaires importants, avec la masse la plus faible. L'accouplement selon l'invention a des capacités de transmission de couple équivalente ou supérieure aux solutions existantes; l'invention permet la fabrication d'un dispositif d'accouplement qui permet la transmission d'un couple de 500 Nm au moins et dont le rapport de la masse de la pièce formant les flasques et le cas échéant le manchon, au couple transmissible, est inférieur â 1500 Nm/kg. En outre, dans un montage classique, pour absorber les déplacements axiaux, la transmission doit généralement comporter une liaison coulissante entre un arbre et un élément mécanique engrenant; avec l'accouplement selon l'invention, un montage coulissant n'est plus nécessaire car la flexibilité des bras (ou lames) permet d'absorber des déplacements axiaux de la transmission. On peut ainsi concevoir une transmission complète d'hélicoptère sans liaison coulissante, utilisant uniquement des accouplements selon 2872234 5 l'invention, qui sont disposés entre deux tronçons d'arbres de transmission et/ou entre un tronçon d'arbre et un élément mécanique engrenant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante, qui se réfère aux dessins annexés et qui illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective illustrant une pièce d'accouplement conforme à l'invention. Les figures 2 et 3 sont respectivement une vue en coupe transversale 10 et une vue en plan de la pièce de la figure 1; la figure 2 est une vue selon II-II de la figure 3. Les figures 4 à 6 montrent l'utilisation de la pièce des figures 1 à 3 pour accoupler deux arbres ou systèmes tournants coaxiaux et sensiblement homocinétiques; la figure 4 est une vue en perspective illustrant partiellement deux arbres réunis par un accouplement incorporant cette pièce; la figure 5 est une vue en perspective illustrant une bride de fixation équipant une extrémité d'un arbre à accoupler, cette bride étant munie d'organes de fixation adaptés aux orifices de fixation prévus à la périphérie de chaque bras de la pièce d'accouplement; la figure 6 est une vue en coupe schématique partielle, par un plan contenant l'axe commun de rotation, de l'accouplement des bouts d'arbres de la figure 4. Par référence aux figures 1 à 3 notamment, la pièce 10 comporte deux portions ou voiles minces identiques 11 et 12 qui sont réuni(e)s dans leur région centrale, par un moyeu 13. La portion 11 s'étend le long d'un plan 14 et la portion 12 s'étend le long d'un plan 15 qui est parallèle au plan 14; le moyeu 13 est percé d'un orifice ou passage 16 s'étendant selon un axe 17 orthogonal aux plans des voiles 11 et 12 (figure 2). 2872234 6 Les portions minces 11 et 12 peuvent être qualifiées de flasques, brides ou plaques, en fonction notamment de la forme de leur contour, en vue en plan; la plaque 11 comporte trois bras ou oreilles 18, 19, 20 identiques qui s'étendent selon trois axes 21 â 23 coplanaires se rejoignant sur l'axe 17 et formant, deux â deux, trois angles de 120 degrés. Chaque bras est percé de deux orifices 24 qui sont entourés d'une partie périphérique 26 d'épaisseur 25; cette portion 26 périphérique présente une épaisseur supérieure â l'épaisseur 27 de la partie intermédiaire (telle que 20a pour le bras 20) ; la partie centrale de chaque bras s'étendant â proximité du moyeu 13, présente une épaisseur 28 supérieure â l'épaisseur 27 de la zone médiane ou intermédiaire du bras; entre ces zones, l'épaisseur des bras varie continûment. Le moyeu 13 présente une épaisseur maximale 29 dans un plan médian parallèle aux plans 14, 15 et situé â égale distance de ceux-ci; l'écartement 30a entre les plans 14, 15 et/ou l'écartement 30 entre les portions minces 11 et 12 est de préférence de l'ordre de 10 â 15 mm, afin d'éviter une concentration de contraintes mécaniques dans le moyeu. L'orifice ou passage 16 traversant le centre du moyeu 13, s'étendant selon l'axe 17, présente un diamètre décroissant depuis une position située dans un des plans 14, 15 correspondant â une extrémité axiale de ce passage, jusqu'à une position médiane entre ces plans; ce passage présente ainsi successivement une portion convergente suivie d'une portion divergente. Comme illustré figure 3 notamment, le contour de chaque bras est constitué d'une succession d'arcs de cercle qui confèrent â chaque flasque une forme générale de triangle ou hexagone curviligne, et qui permettent d'éviter ou limiter les concentrations de contraintes mécaniques. Par référence aux figures 4 à 6, chaque extrémité 40, 41 d'arbre comporte une bride 42, 43 respective; chaque bride reçoit 3 paires d'organes 44 de fixation disposées sur un rayon, par référence â l'axe 45 de 2872234 7 rotation commun aux deux arbres, correspondant â la distance séparant les axes des orifices 24 de l'axe 17 de la pièce 10. En outre, l'écartement et le diamètre des deux organes 44 d'une paire d'organes sont respectivement adaptés â l'écartement et au diamètre des 5 deux orifices 24 d'une paire d'orifices équipant chaque bras de la pièce 10. La fixation de la pièce 10 aux deux brides 42, 43 se faisant face s'effectue respectivement par chacune des flasques, dont les portions périphériques 25 sont pincées par les organes 44 (figures 4 et 6). Chaque organe 44 est de préférence constitué d'une vis ou d'un 10 goujon, d'un écrou et/ou d'une rondelle. En position d'accouplement des arbres 40, 41 par la pièce 10 et de fonctionnement de la transmission, les axes de rotation des arbres qui sont sensiblement confondus avec l'axe 17 de symétrie de la pièce 10, peuvent présenter un décalage angulaire ainsi qu'un désalignement selon un axe contenu dans un plan orthogonal aux axes 17, 45, grâce â la flexibilité des bras des plaques 11, 12 de la pièce 10 d'accouplement. 8 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accouplement pour relier deux arbres (40, 41) ou systèmes sensiblement homocinétiques, caractérisé en ce qu'il comporte deux plaques (11, 12) parallèles réunies par leur région centrale et formant une seule pièce (10). 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les deux plaques sont réunies par un manchon ou moyeu (13) de section circulaire, et forment une seule pièce avec celui-ci. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le manchon présente un premier diamètre intérieur â ses deux extrémités axiales, et présente, dans sa partie centrale ou médiane, un second diamètre intérieur qui est inférieur au premier diamètre intérieur. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel le centre du moyeu (13) est percé d'un orifice ou passage (16) s'étendant selon un axe (17) et présentant un diamètre décroissant depuis une position d'extrémité axiale jusqu'à une position médiane, le passage présentant ainsi successivement une portion convergente suivie d'une portion divergente. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 20 dans lequel chacune des plaques comporte au moins deux bras. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chacune des plaques comporte trois bras (18, 19, 20) identiques décalés de 120 autour d'un axe (17) orthogonal aux plaques et passant par les centres des plaques. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque plaque et/ou chaque bras présente une première épaisseur (28) dans une région centrale, une seconde épaisseur (25) dans une région périphérique, et une troisième épaisseur (27) dans une région 2872234 9 intermédiaire s'étendant entre les première et seconde régions, la troisième épaisseur étant inférieure â la première épaisseur. 8. Dispositif selon la revendication 7 dans lequel l'épaisseur de chaque plaque varie continûment les régions comprises entre la première 5 région et la troisième région. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 â 8, dans lequel chaque plaque ou bras est percé(e) d'au moins un orifice ou alésage (24) au moins dans sa région périphérique, et dans lequel ladite seconde épaisseur est supérieure â ladite troisième épaisseur. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 9, dans lequel chaque plaque présente un contour en forme de triangle isocèle curviligne ou d'hexagone curviligne, les plaques ou flasques étant décalé(e)s de 60 en rotation selon l'axe (17) orthogonal aux plaques et passant par leurs centres. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 10, dans lequel la pièce formant les plaques et, le cas échéant, le manchon ou moyeu, est métallique. 12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel la pièce formant les plaques et, le cas échéant, le manchon ou moyeu, est en titane, 20 acier ou en un alliage d'aluminium. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 10, dans lequel la pièce formant les plaques et, le cas échéant, le manchon ou moyeu, est en matériaux composites. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 13, qui est réalisé â partir d'un moulage. 15. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 14, dans lequel on forme la pièce incorporant les deux plaques par usinage d'une ébauche métallique. 2872234 10 16. Système de transmission mécanique de puissance entre un rotor d'un aéronef â voilure tournante et un moteur de propulsion du rotor, qui comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 14.