Brevet FR2894001A1 — publié le 20070601

Dispositif d'assemblage d'un organe d'entraînement avec un arbre d'une machine électrique tournante. Domaine de l'invention L'invention concerne un dispositif d'assemblage d'un organe d'entraînement, tel qu'une poulie d'entraînement, avec un arbre, notamment l'arbre porteur d'un rotor d'une machine électrique tournante telle qu'un alternateur ou un alterno-démarreur de véhicule automobile, du type comprenant des moyens de solidarisation en rotation de l'organe d'entraînement avec l'arbre. Etat de la technique Il est déjà connu d'assurer l'assemblage d'un organe d'entraînement en forme de poulie sur l'arbre, à l'aide de cannelures pratiquées dans la poulie et sur l'arbre. La figure 1 illustre un dispositif d'assemblage connu appliqué à une machine électrique tournante telle qu'un alternateur ou alterno-démarreur. La figure 1 représente de l'ensemble de la machine électrique tournante seulement les parties qui sont nécessaires pour la compréhension de l'invention, à savoir l'arbre 1, le rotor 2 solidaire en rotation de l'arbre, les ventilateurs avant et arrière respectivement 3 et 4, les roulements à billes avant et arrière respectivement 5 et 6, la poulie d'entraînement 8 et le dispositif 9 d'assemblage de la poulie 8 avec l'arbre 1. Pour mémoire on rappellera que les roulements 5, 6 sont supportés par des paliers avant et arrière ajourés (non représentés) appartenant à un carter portant le stator bobiné (non représenté) de la machine électrique tournante. Ces paliers avant et arrière présentent chacun un alésage centrale pour le montage du roulement à billes respectivement 5 et 6. La poulie 8 est implantée à l'extérieur du palier avant de manière adjacente à celui-ci. L'arbre 1 présente à l'extérieur du palier avant une extrémité avant 13, tandis que la poulie 8 annulaire, de forme creuse, présente un alésage interne 16 traversé par cette extrémité avant 13. La poulie présente à sa périphérie externe annulaire d'orientation axiale des gorges circonférentielles pour réception d'une courroie complémentaire multi gorges appartenant au dispositif de transmission de mouvement intervenant entre le moteur thermique, tel que le moteur thermique d'un véhicule automobile, et l'arbre 1. La poulie 8 comporte également un fond d'orientation transversale présentant l'alésage 16. Ce fond présente un rebord annulaire d'orientation axiale saillant en direction du roulement 5 pour coopération avec la bague interne de celui-ci, une entretoise (non référencée) étant intercalée axialement entre l'autre face de la bague interne du roulement 5 et la face avant du rotor 2. Comme visible dans cette figure 1 le rotor est ici un rotor à griffes comportant de manière connue deux roues polaires montées sur l'arbre 1 présentant localement des portions moletées pour emmanchement à force des roues polaires sur l'arbre 1 et solidarisation des roues polaires avec l'arbre 1. En variante le rebord saillant du fond de la poulie 8 est remplacé par une rondelle entretoise. Le dispositif d'assemblage 9 implique l'emmanchement à force de la poulie, sous le fait d'un écrou de serrage 10, par l'intermédiaire d'une rondelle 11 qui pourrait faire partie de l'écrou, sur l'extrémité avant 13 de l'arbre. La rondelle 11 prend appui sur la face avant du fond de la poulie 8. L'extrémité 13 de l'arbre 1 est pourvue de cannelures 14. L'alésage 16 de la poulie 8, qui reçoit cette extrémité d'arbre cannelé 14, est pourvu de cannelures complémentaires. Le bout 18 de l'extrémité d'arbre 13 est fileté pour permettre la réception et le vissage de l'écrou 10 logé dans la cavité de la poulie délimitée par le fond et la périphérie externe de celle-ci. Le montage de la poulie se fait par emmanchement à force ou à chaud. En série, la poulie est fixée par serrage de l'écrou qui assure une tension et donc une résistance au glissement par pincement de la poulie 8 entre la rondelle 11 et le roulement 5. Cependant, la résistance au glissement est fonction des tolérances, des surfaces d'appui et des forces appliquées lors du processus de vissage. Cette solution donne satisfaction. Néanmoins il est souhaitable que l'assemblage puisse résister à des couples plus forts, par exemple à des couples supérieurs à 70Nm, par exemple lors du démarrage du moteur thermique pour les alternodémarreurs, qui ainsi qu'on le sait sont des alternateurs réversibles transformant également de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. Objet de l'invention La présente invention a pour but de proposer une solution qui satisfait à cette exigence. Pour atteindre ce but le dispositif d'assemblage selon l'invention est caractérisé en ce que l'extrémité de l'arbre destinée à la réception de l'organe d'entraînement est de forme tubulaire et radialement expansible à l'aide d'un organe d'expansion. Grâce à l'invention on obtient un assemblage ferme entre l'arbre et l'organe d'entraînement. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif d'assemblage est caractérisé en ce que l'organe d'expansion est axialement insérable dans l'extrémité tubulaire et comporte une portion de surface circonférentielle conique d'élargissement de l'extrémité tubulaire sur laquelle est disposée la poulie. Grâce à la portion conique on peut élargir l'extrémité tubulaire ce qui permet de renforcer encore 5 l'assemblage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que l'extrémité tubulaire de l'arbre comporte dans sa partie recevant l'organe d'entraînement au moins une encoche axiale 10 radialement traversante. Cette caractéristique permet d'obtenir un bon gonflement de l'arbre et encore un meilleur assemblage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'assemblage est caractérisé 15 en ce que l'extrémité tubulaire comporte quatre encoches axiales angulairement réparties autour de la périphérie. Cette caractéristique permet d'obtenir encore un meilleur gonflement de l'arbre et de mieux reporter l'effort sur la périphérie externe de l'extrémité de l'arbre. 20 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'assemblage est caractérisé en ce que l'extrémité tubulaire est pourvue d'un filetage intérieur et en ce que l'organe d'insertion comporte un filetage extérieur complémentaire de façon à être susceptible 25 d'être vissé dans l'extrémité filetée de l'arbre. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'assemblage est caractérisé en ce que l'organe d'insertion comporte, axialement successivement, la partie filetée et une partie lisse 30 conique dont le diamètre augmente en direction de l'extrémité extérieure de l'organe. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'assemblage est caractérisé en ce que l'extrémité extérieure de l'organe inséré 35 comporte une empreinte de rotation de l'organe à l'aide de l'outil tel qu'un tournevis. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 une vue, partiellement en coupe axiale, d'une machine électrique tournante, simplifiée, équipée d'un dispositif d'assemblage de la poulie d'entraînement avec le rotor de la machine, selon l'état de la technique, et la figure 2 est une vue schématique simplifiée, éclatée, en perspective, d'un agencement d'assemblage selon l'invention. Description de l'invention 20 Le dispositif d'assemblage 9 selon l'invention montré, à titre d'exemple, sur la figure 2, est destiné à équiper une machine électrique tournante du type montré sur la figure 1. Son arbre est désigné, comme sur la 25 figure 1, par la référence 1 Cette machine est un alternateur ou en variante un alternateur réversible appelé alterno-démarreur. Dans ce type de machine l'arbre 1 est mené lorsque la machine est un alternateur ou un alterno-démarreur 30 fonctionnant en mode alternateur pour transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique. Cet arbre 1 est menant lorsque la machine est un alterno-démarreur fonctionnant en mode moteur électrique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule et transformer 35 de l'énergie électrique en énergie mécanique. 15 Sur la figure 2 l'organe d'entraînement, en forme de poulie, n'est indiqué que schématiquement en portant, également comme sur la figure 1, la référence 8. Egalement de façon connue en soi, l'arbre et la poulie sont pourvus de cannelures 14 seulement indiquées schématiquement. La poulie 8 est en appui à la bague intérieure du roulement 5. L'arbre 1 comporte comme à la figure 1 une extrémité avant 13 sur laquelle doit être monté de façon solidaire en rotation et en translation l'organe d'entraînement 8 ici en forme de poulie. Conformément à l'invention, l'extrémité avant 13 de l'arbre 1 est creuse, c'est-à-dire de forme tubulaire, et la face périphérique intérieure 20 de cette extrémité 13 est pourvue d'un filetage 21 et est donc taraudée. L'extrémité avant 13, creuse et taraudée, de l'arbre 1 comporte une,deux ou, comme dans l'exemple représenté, quatre encoches axiales 23 avantageusement décalées circonférentiellement autour de la périphérie d'un angle de 90 . Ces encoches 23 s'étendent axialement sur une grande partie de l'extrémité cannelée 14 d'arbre de réception de la poulie. Les encoches 23 sont ici radialement traversantes et consistent ici en des fentes borgnes. Le dispositif d'assemblage 9 selon l'invention comporte un organe d'insertion 25 destiné à être vissé dans le creux 20 de l'extrémité d'arbre. Cet organe 25 comporte une première portion cylindrique 26 pourvue d'un filetage externe complémentaire au filetage interne 21, constituant un taraudage, du creux de l'extrémité avant 13 de l'arbre 1 pour pouvoir être vissé dans ce creux. La partie filetée 26 est prolongée axialement vers l'extérieur par une portion conique 28, elle même prolongée vers l'extérieur par une portion extérieure d'actionnement 29. La portion conique 28 présente un diamètre, qui augmente progressivement en direction de la portion extérieure d'actionnement 29. Cette partie extérieure 29 est ici cylindrique et comporte, dans l'exemple représenté, une empreinte 30 permettant la rotation de l'organe insert à l'aide d'un outil approprié, tel qu'un tournevis. Dans un mode de réalisation l'empreinte 30 consiste en une denture interne multiple dans laquelle vient en prise, au montage et au démontage de la poulie, un outil avec une denture multiple externe complémentaire d'un outil. L'empreinte 30 peut avoir en variante un profil du 10 hexagonal ou Torx (marque déposée). Dans un autre mode de réalisation on inverse les structures et c'est la périphérie externe de la partie extérieure 29 qui présente par exemple un profil hexagonal ou Torx, l'outil présentant un profil interne 15 complémentaire. On notera qu'un jeu existe entre la face avant du fond de la poulie et la portion conique 26. On comprend aisément, qu'en vissant l'organe 25 dans le creux 20 de l'extrémité d'arbre, le cône 28 20 provoque l'expansion radiale de l'extrémité d'arbre divisée par les encoches en quatre lamelles 31, en transformant l'effort axial en un effort radial. L'effort radial venant de l'intérieur de l'arbre met en contrainte les cannelures de l'arbre dans les cannelures 25 correspondantes de la poulie. La déformation progressive de l'extrémité d'arbre sous l'effet de la partie conique 28 de l'organe insert 25, partant du bout de l'arbre, a tendance à plaquer davantage la poulie sur sa face d'appui vers le roulement. 30 L'agencement s'assemblage selon l'invention présente de multiples avantages. La poulie est montable sans effort et le placage est assuré simplement par un contre-appui lors de la mise en place. Il est accentué par le serrage effectué ensuite. Le blocage radial est 35 assuré par un effort mécanique maîtrisable et maîtrisé dans la mesure où il est calculable en fonction de l'angle du cône 28. La poulie est démontable en dévissant l'organe insert 25. Le glissement de la poulie est empêché par les cannelures et les micro-mouvements sont annulés par le serrage de l'arbre vers la poulie. Ce n'est pas la poulie qui vient d'être serrée sur l'arbre, c'est l'arbre qui est expansible de quelques microns et provoque ainsi la solidarisation en rotation et en translation. Bien entendu, l'agencement d'assemblage selon l'invention n'a été décrit ci-dessus, en se référant aux figures, seulement à titre d'exemple dans son application à une machine électrique tournante. L'invention est utilisable, bien entendu, dans d'autres domaines de machine électrique tournante nécessitant la solidarisation en rotation d'un organe d'entraînement sur un arbre rotatif. Ainsi la solution selon l'invention s'applique à des démarreurs de moteur thermique comportant une poulie d'entraînement tel que décrit par exemple dans le document EP A 1 293 665. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits. Ainsi le carter de la machine peut, dans mode de réalisation, présenter un palier avant doté d'un nez pénétrant dans la cavité de la poulie comme visible dans le document EP A 1 293 665 précité. Dans ce cas la portion extérieure d'actionnement 29 de l'organe d'insertion s'étend à l'extérieur de la poulie au lieu d'être logée dans la cavité de celle-ci comme dans les figures 1 et 2. La poulie 8 peut présenter à sa périphérie externe une pluralité de dents d'orientation axiales réparties circonférentiellement de manière régulière pour coopération avec une courroie dentée de manière complémentaire. En variante ces dents coopèrent avec une chaîne appartenant au dispositif de transmission de mouvement entre le moteur thermique et l'arbre 1 de la machine électrique tournante. La poulie 8 est dans ce cas une roue dentée. En variante ce dispositif de transmission de mouvement comporte des engrenages, la poulie étant dans 5 ce cas un engrenage. La poulie 8 est donc une forme particulière d'un organe d'entraînement consistant en variante en une roue dentée ou en un engrenage, cet organe appartenant à un dispositif de transmission de mouvement entre l'arbre 1 10 et un moteur thermique ou en variante électrique. En variante le rotor de la figure 1 est remplacé par un rotor à pôles saillants et/ou à aimants permanents. La présence de deux ventilateurs n'est pas 15 indispensable, le ventilateur avant 3 pouvant être supprimé. Dans le mode de réalisation de la figure 1 la machine est refroidie par circulation d'air. En variante la machine est refroidie par circulation de liquide, la 20 présence des ventilateurs n'étant pas indispensable. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'assemblage d'un organe d'entraînement, tel qu'une poulie d'entraînement, avec un arbre, notamment l'arbre moteur d'un rotor d'une machine électrique tournante telle qu'un alternateur ou alternodémarreur de véhicule automobile, du type assurant une solidarisation en rotation de l'organe d'entraînement et de l'arbre par engagement mutuel de cannelures prévues sur l'extrémité de l'arbre destinée à recevoir l'organe d'entraînement et dans l'alésage de l'organe d'entraînement destiné au passage de l'extrémité de l'arbre, caractérisé en ce que l'extrémité (13) de l'arbre (1) destinée à la réception de l'organe d'entraînement (8) est de forme tubulaire (20) et radialement expansible à l'aide d'un organe d'expansion (25). 2. Dispositif d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'expansion (25) est axialement insérable dans l'extrémité tubulaire (20) et comporte une portion de surface circonférentielle conique (28) d'élargissement de l'extrémité tubulaire (20) sur laquelle est disposée l'organe d'entraînement (8). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité tubulaire (20) de l'arbre (1) comporte dans sa partie recevant l'organe d'entraînement (8) au moins une encoche axiale (23) radialement traversante. 4. Dispositif d'assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité tubulaire (20) comporte quatre encoches axiales (23) angulairement réparties autour de la périphérie. 5. Dispositif d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité tubulaire (20) est pourvue d'un filetage intérieur (21) et en ce que l'organe d'insertion (25) comporte un filetage extérieur (26) complémentaire de façon à êtresusceptible d'être vissé dans l'extrémité filetée (20) de l'arbre. 6. Dispositif d'assemblage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe d'insertion (25) comporte, axialement successivement la partie filetée (26) et une partie conique (28) dont le diamètre augmente en direction de l'extrémité extérieure (29) de l'organe. 7. Dispositif d'assemblage selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'extrémité extérieure de l'organe insert (25) comporte une empreinte (30) de rotation de l'organe à l'aide de l'outil tel qu'un tournevis.