Brevet FR3093547A1 — publié le 20200911

Description Titre de l'invention : Système de liaison Domaine technique [0001] La présente invention concerne les liaisons entre arbres de machines tournantes et plus particulièrement un système de liaison entre un arbre principal et un arbre secondaire monté dans le prolongement de l'arbre principal. Technique antérieure [0002] L'arbre principal est par exemple celui d'un moteur électrique et l'arbre secondaire celui d'un frein ou d'un codeur, entre autres exemples. [0003] Dans l'état de l'art, les moteurs sont réalisés avec des arbres monoblocs dont la forme de l'extrémité est spécifique à l'élément à entraîner, par exemple frein ou codeur. [0004] Cela entraîne une diversité de moteurs, à laquelle s'ajoute celle liée aux caracté- ristiques électriques. [0005] Lc grand nombre de déclinaisons se traduit par des coûts de fabrication, de stockage et de logistique plus importants. [0006] La demande US 2004/0032178 Al divulgue une gamme de moteurs modulaires, permettant une sortie comportant un arbre femelle, permettant la fixation d'une rallonge d'arbre avec sortie mâle, pour l'entraînement de divers accessoires. [0007] Les systèmes de liaisons entre arbres classiques reposent sur l'utilisation de clavettes, et sont mal adaptés à des arbres de petits diamètres. De plus, ils tendent à être encombrants. [0008] 11 est également connu d'utiliser une liaison conique entre les extrémités des arbres, ce qui peut générer une difficulté de positionnement précis des arbres pour obtenir une bonne coaxialité et la réalisation d'un cône en extrémité est une opération relativement coûteuse si elle ne sert que pour une option. [0009] 11 est encore connu d'effectuer un centrage cylindrique et une transmission par friction sur un plan généré par une vis cylindrique vissée au centre des pièces, mais cette solution a pour inconvénient de ne pouvoir transmettre un couple qu'assez limité et de nécessiter une vis longue pour ne pas être sensible aux défauts de matage qui feraient baisser fortement le couple pouvant être transmis. [0010] Enfin, les arbres sont classiquement pourvus d'un trou taraudé débouchant sur un fraisage nécessaire à la prise de pièce pour rectification, par exemple. L'utilisation d'un axe cylindrique fixé dans le trou taraudé limite le couple transmissible et la tenue en fatigue pour les petits diamètres d'arbre, sans parler du risque de dévissage. Exposé de l'invention 2 100111 11 demeure un besoin pour une solution adaptée à des faibles longueurs et diamètres d'arbres, remédiant aux inconvénients des systèmes de liaison connus, permettant de ne pas pénaliser outre mesure la machine sur le plan de l'encombrement en absence d'arbre secondaire, et permettant un accouplement aisé, sans nécessité de mettre en oeuvre une presse ou une dilatation thermique. Résumé de l'invention [0012] L'invention vise à satisfaire ce besoin et elle y parvient grâce à un système de liaison entre un arbre principal et un arbre secondaire monté dans le prolongement de l'arbre principal, l'arbre principal comportant un perçage taraudé débouchant sur une fraisure conique, l'arbre secondaire étant assemblé à l'arbre principal par une pièce de liaison comportant une première portion vissée dans le perçage taraudé et une deuxième portion opposée à la première, fixée à l'arbre secondaire, et une portion intermédiaire conique en appui sur la fraisure. [0013] L'invention permet de « personnaliser » la machine au dernier moment, en sélec- tionnant l'arbre secondaire adapté à l'accessoire à entraîner. [0014] Cet accessoire est par exemple un frein ou un codeur. [0015] L'invention permet de réduire les stocks, car un même moteur peut être utilisé en combinaison avec divers accessoires. [0016] Il devient plus facile dans l'invention de faire évoluer un accessoire tel qu'un frein, l'arbre principal du moteur n'ayant pas à être modifié. [0017] Lc système de liaison selon l'invention permet un bon positionnement de l'arbre se- condaire par rapport à l'arbre principal en termes de coaxialité et de battement radial, ainsi qu'une bonne transmission de couple et une bonne résistance à la fatigue. [0018] La force axiale de précontrainte dans le filetage génère une pression entre les surfaces coniques en contact ; la pente du cône ainsi que le diamètre moyen de contact supérieur à celui de la vis, rendent nécessaire d'appliquer un couple de serrage supérieur pour obtenir le même niveau de précontrainte dans le filetage. Ce couple de vissage supérieur, principalement dû aux surfaces coniques en contact, permet d'amplifier le couple transmissible entre la pièce de liaison et l'arbre principal. [0019] De préférence, la pièce de liaison présente un filetage à son extrémité opposée à l'arbre principal qui est de diamètre supérieur à celui de la première portion vissée dans l'arbre principal. Ce diamètre plus grand permet d'accroître le couple transmissible par le filetage. [0020] De préférence, l'arbre principal présente un épaulement annulaire périphérique coaxial au perçage taraudé, l'arbre secondaire comportant une nervure annulaire s'ajustant sur l'épaulement annulaire. Cet épaulement permettant d'améliorer la coaxialité de la liaison et de limiter le battement radial. L'épaulement est facilement 3 réalisable par tournage. [0021] Un joint peut être disposé autour de la pièce de liaison et s'interposer radialement entre une surface radialement intérieure de la nervure et une surface cylindrique d'axe X de la pièce de liaison, s'étendant axialement entre la partie conique et le filetage de la deuxième portion. [0022] L'invention a encore pour objet une gamme de systèmes de liaison, comportant au moins deux systèmes de liaison tels que définis ci-dessus, les arbres principaux de chacun des systèmes de liaison de la gamme étant les mêmes, les arbres secondaires étant différents d'un système de liaison à l'autre au sein de la gamme. [0023] Les pièces de liaison peuvent être les mêmes pour tous les systèmes de liaison de la gamme. [0024] L'invention a encore pour objet une machine électrique, notamment un moteur, comportant un système de liaison selon l'invention. L'arbre principal supporte le rotor de la machine. L'arbre secondaire peut supporter un accessoire tel qu'un disque de frein, un rotor de codeur, un ventilateur, ainsi que toute combinaison de ces accessoires. La longueur de l'arbre secondaire est choisie en fonction de l'accessoire et/ ou du nombre d'accessoires à entraîner. L'arbre principal peut être accouplé à l'avant à un élément à entraîner, par exemple une poulie, et à l'arrière à l'arbre secondaire grâce au système de liaison selon l'invention. L'arbre principal peut comporter toute rainure ou gorge utile pour le montage de l'élément à entraîner ou d'un ventilateur par exemple. Brève description des dessins [0025] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple non limitatif de mise en oeuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : [0026] [fig. I représente un exemple de système de liaison selon l'invention. Description détaillée [00271 On a représenté à la figure I l'arbre 1 d'une machine tournante telle qu'un moteur électrique, cet arbre étant appelé par la suite arbre principal. [00281 L'arbre principal I est d'axe X et peut être réalisé dans tout matériau métallique adapté, tel que de l'acier ou de l'aluminium par exemple. [00291 L'arbre principal I présente un perçage taraudé 2 d'axe X, débouchant par une fraisure 3 sur la face d'extrémité 4 de l'arbre. [00301 La fraisure 3 forme une surface conique de demi-angle au sommet alpha avec l'axe X. [00311 L'arbre principal I présente également, dans l'exemple illustré, un épaulement péri- phérique 5 qui définit une surface cylindrique de révolution 6, coaxiale à l'axe X, et une surface plane 8, perpendiculaire à l'axe X. [0032] La fraisure 3 ainsi que l'épaulement 5 peuvent être réalisés par tout type d'usinage de forme adapté. [0033] Un arbre secondaire 10, encore appelé rallonge d'arbre, est monté dans le pro- longement de l'arbre principal, selon l'axe X. [0034] Cet arbre secondaire 10 peut servir à entraîner, selon les applications, un ventilateur, un frein et/ou un codeur, lesquels n'ont pas été représentés. [0035] L'arbre secondaire est de préférence réalisé dans le même matériau que l'arbre principal, par exemple en acier. [0036] L'arbre secondaire 10 est fixé sur l'arbre principal 1 à l'aide d'une pièce de liaison 20 qui présente une première partie filetée 21, vissée dans le perçage taraudé 2 de l'arbre principal. [0037] La pièce de liaison est de préférence réalisée dans le même matériau que l'arbre principal, par exemple en acier. [0038] La pièce de liaison 20 comporte en arrière de la première partie filetée 21 une portion conique 22 configurée pour s'appliquer sur la surface conique 3. La portion conique 22 présente ainsi un demi-angle au sommet qui est égal à alpha, ou très légèrement inférieur afin de garantir un bon emboîtement. [0039] La pièce de liaison peut présenter, comme illustré, à l'opposé de la première partie 21, une deuxième partie filetée 23, pourvue en extrémité d'une empreinte femelle 24 pour clé hexagonale ou autre, permettant de transmettre un couple de serrage suffisant lors du vissage de la pièce de liaison 20 dans l'arbre principal 1. [0040] L'arbre secondaire 10 présente un perçage taraudé 13 et une nervure annulaire 18 d'axe X, dont l'extrémité 14, plane et perpendiculaire à l'axe X, définit le bout de l'arbre secondaire. [0041] La longueur 1 du filetage du perçage taraudé 13 est telle que l'arbre secondaire 10 puisse venir en appui par sa face d'extrémité 14 contre la surface 8 de l'arbre principal, avant que la deuxième partie 23 n'ait atteint la fin du filetage du perçage taraudé 13. [0042] Le perçage taraudé 13 débouche dans le fond d'un épaulement 15 de l'arbre se- condaire 10, cet épaulement étant délimité radialement par une surface 16 cylindrique de révolution d'axe X, s'ajustant sur la surface cylindrique 6 de l'arbre principal 1. [0043] Un joint torique 30 peut être disposé autour de la pièce de liaison 20 pour s'interposer radialement entre la surface 16 et une surface cylindrique 26 d'axe X de la pièce de liaison, s'étendant axialement entre la surface conique de la partie conique 22 et le filetage de la deuxième partie 23. [0044] Ce joint 30 peut contribuer à l'étanchéité de l'assemblage. [0045] Le diamètre Dl du perçage taraudé 2 de l'arbre principal est de préférence inférieur à celui D2 du perçage taraudé 13 de l'arbre secondaire. [0046] On permet ainsi une bonne transmission de couple par vissage de l'arbre secondaire sur la pièce de liaison, grâce à la résistance mécanique de la liaison et à la friction de la face d'extrémité 14 sur la surface 8 de l'arbre principal. [0047] On a par exemple D2/D1>1,2. [0048] L'appui conique de la pièce de liaison 20 sur l'arbre principal 1 permet d'obtenir une friction importante malgré le diamètre relativement faible de la surface conique 3 et un bon serrage. [0049] L'emboitcment de la partie d'extrémité de l'arbre secondaire 10 sur l'épaulement pé- riphérique 5 de l'arbre principal permet d'obtenir une bonne coaxialité et un battement radial réduit, malgré la faible longueur de recouvrement. [0050] L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. [0051] Par exemple, la liaison entre la pièce de liaison et l'arbre secondaire peut s'effectuer autrement et l'on peut réaliser par exemple un appui conique entre la pièce de liaison et l'arbre secondaire, similaire à celui entre la pièce de liaison et l'arbre principal. [0052] On peut disposer une colle dans les filetages. [0053] L'invention permet de réaliser une gamme de machines électriques, chaque machine de la gamme comportant un moteur qui est produit en standard pour toute la gamme et un accessoire, deux machines de la gamme différant ainsi entre elles par l'accessoire qui est mis en place. Le moteur comporte un arbre qui est le même pour toute la gamme et les accessoires sont montés grâce à des arbres secondaires et pièces de liaison spécifiques. Par exemple, au sein de la gamme, deux machines au moins présentent des arbres secondaires de longueurs différentes, adaptés chacun à une option, par exemple montage d'un codeur seul, montage d'un frein seul, montage d'un codeur et d'un frein. 6