TOOTHED COUPLING DEVICE FOR INCLINED SHAFTS

Abstract: 1. A toothed coupling device for oscillating shafts, in particular shafts oscillating over a small angle, - comprising a first end-piece (1) having a solid block (1a) suitable for attachement to a front end of a first shaft (A1) to be coupled, said first end-piece having a longitudinal axis (9) and including a toothing (5, 6) forming convex cylindrical bearing surfaces of rotational symmetry about a first oscillation axis (20) perpendicular to the axis of the end-piece at a coupling center (10), said toothing being connected to the solid block of the end-piece by an intermediate portion constituting a base (5a, 6a) for said toothing and severing to retain and to said toothing from said solid block, - and comprising a second end-piece (2) having a solid block (2a) suitable for attachement to a front end of a second shaft (A2) to be coupled facing the front end of the first saft and having a longitudinal axis (22) which passes through the coupling center (10) at a small angle with respect to the axis of the first end-piece, said second end-piece having a groove (15) formed between two arms (15a, 15b), each of these arms being connected to the solid block of this second end-piece by an intermediate portion constituting a base (15c, 15d) for said arms and serving to retain or to drive the arm from the solid block of this end-piece, said groove containing said first oscillation axis (20) and said toothing in such a manner that the first end-piece is capable of oscillation through a small angle about this oscillation axis while enabling torque about the axis of the first end-piece to create torque about the axis of the second end-piece by applying thrust transmission forces resulting from the thrust exerted by this toothing on said arms in bearing zones (7, 8, 15e, 15f) which are symmetrically disposed in pairs about said coupling center, said thrust forces being opposite and substantially perpendicular to the axes of the end-pieces and to the first oscillation axis, said bases being suitable for withstanding the bending moments resulting from the application of said torque-transmitting thrust forces, the base (5a) of the toothing being situated longitudinally behind the bearing zone (7) of this thoothing and substantially at the same distance from the axis of the first end-piece as said bearing zone, and the bases of the arms (15c) being situated longitudinally behind the bearing zones (15e) of the arms and substantially at the same distance from the axis of the second end-piece as said bearing zones, in such a manner as to avoid the device extending diametrically substantially any further than the diametrical distance between the symmetrically disposed bearing zones which constitutes the lever arm for transmitting torque, said groove (15) being sufficiently deep to enable the first end-piece to oscillate about a second oscillation axis passing through the coupling center 10) and perpendicular both to the first oscillation axis and to the axis of the first end-piece, - a slide member (4a, 4b) being interposed between the toothing (5, 6) of the first end-piece and the arms (15a, 15b) of the groove (15) of the second end-piece, said slide member being hollow and presenting concave cylindrical bearing surfaces cooperating with the convex cylindrical bearing surfaces of the toothing with sufficient clearance to enable the first end-piece to oscillate about the first oscillation axis (20), said slide member further presenting, on eithe side of the flanks of said toothing, outher sliding flanks (12, 13) which are plane and perpendicular to the second oscillation axis (21), the arms (15a, 15b) of the groove (15) having facing plane inner slide faces that cooperate with the slide flanks (12, 13), of the slide member with sufficient clearance to enable the slide member and the first end-piece to oscillate about the second oscillation axis, said clearance being sufficient to enable these oscillations, but not being great enough to interfere with the transmission of torque between said end-pieces, - first (11) and second bowls (14) being hollowed out in said first (1) and second end-pieces (2), said bowls forming two portions of a spherical slide surface, extending respectively around the axes (9, 22) of said end-pieces, and belonging to a commone sphere centered to said coupling center (10), - a spherical thrust ball (3) of the same diameter being disposed in a thrust relationship inside said bowls to transmit axial thrust between said end-pieces without loading said toothing (5, 6) or said slide member (4a, 4b), - said toothing being constituted by two teeth (5, 6) on either side of said ball, - said groove (15) extending on either side of said ball, - said slide member being constituted by two separate slide members (4a, 4b) on either side of said ball and each comprising two arms which are disposed on either side of an associated tooth an which have said concave cylindrical bearing surfaces and said plane slide flanks (12, 13), these two arms being interconnected by a base leaving sufficient clearance between itself and the bottom of the groove (15) to enable oscillation about said second oscillation axis (21).

Description: Dispositif d'accouplement à denture pour arbres oscillants L'invention concerne un dispositif d'accouplement à denture pour arbres oscillants. Ce dispositif comporte, de même qu'un dispositif connu - un premier embout avec une partie massive propre à être fixée à une extrémité avant d'un premier arbre à accoupler, cet embout présentant un axe longitudinal et comportant une denture formant des portées cylindriques convexes de révolution autour d'un premier axe d'oscillation perpendiculaire à l'axe de l'embout en un centre d'accouplement, cette denture étant reliée à la partie massive de l'embout par une partie intermédiaire constituant une base de denture assurant le maintien ou ltentrainement de la denture à partir de la partie massive, - et un deuxième embout avec une partie massive propre à être fixée à une extrémité avant d'un deuxième arbre à accoupler en regard de l'extrémité avant du premier arbre et présentant un axe longitudinal qui passe par le centre d'accouplement et fait un angle petit avec l'axe du premier. embout, ce deuxième embout étant creusé d'une rainure formée entre deux bras, chacun de ces bras étant relié à la partie massive de ce deuxième embout par une partie intermédiaire constituant une base de bras assurant le maintien ou ltentrainement du bras à partir de la partie massive de l'embout, cette rainure contenant ledit premier axe d'oscillation et ladite denture, de minière que le premier embout puisse osciller d'un petit angle autour de cet axe d'oscillation et qu'un couple de rotation du premier embout autour -de son axe crée un couple de rotation du deuxième embout autour de son axe par application de forces de transmission de couple résultant de l'appui de cette denture sur ces bras dans des zones d'appui symétriques deux à deux par rapport au centre d'accouplement, ces forces étant opposées et sensiblement perpendiculaires à la fois aux axes des embouts et au premier axe d'oscillation, lesdites bases étant propres à résister aux moments fléchissants qui résultent de l'application desdites forces de transmission de couple, la base de denture étant située longitudinalement en arrière de la zone d'appui de cette denture et sensiblement à la meme distance de l'axe du premier embout que cette zone d'appui, les bases de bras étant situées longitu dinalement en arrière des zones d'appui des bras et sensiblement à la même distance de l'axe du deuxième embout que ces zones d'appui, de manière à éviter que l'encombrement diamétral du dispositif soit sensiblement supérieur à la distance diamétrale qui sépare lesdites zones d'appui symétriques et qui constitue le bras de levier permettant la transmission d'un couple, ladite rainure étant suffisamment profonde pour permettre au premier embout d'osciller autour d'un deuxième axe d'oscillation passant par le centre d'accouplement et perpendiculaire à la fois au premier axe d'oscillation et à l'axe du premier embout Un dispositif comportant les éléments indiqués ci-dessus, est connu par l'ouvrage "Cours de Forages publié par l'institut Français du Pétrole (Editeur Technip), voir la deuxième partie, fascicule 4, "Les moteurs de fond hydrauliques", page 233. Dans ce dispositif connu les deux embouts sont identiques et portent chacun une denture cylindrique s'engageant dans une rainure de l'autre embout, la denture de l'un étant décalée angulairement de 900 par rapport à celle de l'autre. L'osclllation autour de l'axe de chaque denture est rendue possible par le fait que l'autre denture s'engage avec un jeu important dans la rainure correspondante. Une bille centrale coopère avec des cuvettes creusées dans les embouts pour -permebtre la transmission d'une poussée axiale importante sans affecter le travail des dentures, qui sont alors constituées chacune de deux dents alignées disposées de psrt et d'autre de la bille centrale. Ce dispositif connu a l'inconvénient de présenter un jeu angulaire parfois génant lors d'un changement de sens du couple transmis, et de nécessiter un usinage délicat des dents et des rainures lorsqu'on veut diminuer ce jeu tout en conservant les possibilités d'oscillation. La présente invention a pour but de permettre la transmission de couples importants avec un jeu angulaire faible et d'assurer en même temps la simplicité de réalisation du montage, démontage et entretien, dans le cas ou les oscillations des arbres ont une faible amplitude angulaire, par exemple inférieure à dix degrés dans les deux sens. Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait qu'-un organe de glissement est interposé entre la denture du premier embout et les bras de la rainure du deuxième embout, cet organe de glissement étant creusé pour former des portées cylindriques concaves coopérant avec les portées cylindriques convexes de cette denture avec le seul jeu nécessaire à l'oscillation du premier embout autour du premier axe d'oscillation, cet organe de glissement présentant en outre, de part et d'autre des flancs de cette denture, des flancs extérieurs de glissement plans et perpendiculaires au deuxième axe d'oscillation, les bras de la rainure présentant des faces de glissement intérieures planes coopérant avec les flancs de glissement de l'organe de glissement avec le seul jeu nécessaire à l'oscillation de l'organe de glissement et du premier embout autour du deuxième axe d'oscillation, de manière à permettre ces oscillations sans créer de jeu lors de la transmission d'un couple de rotation d'un embout à l'autre. L'utilisation d'une bille de poussée centrale permet en outre de transmettre une poussée axiale importante et de supporter sans dommages des chocs axiaux. Quant à l'encombrement du dispositif, il reste faible. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 représente une vue en élévation d'un dispositif selon l'invention, le fourreau de ce dispositif étant coupé par un plan axial I-I de la figure 2, et une moitié de ce fourreau étant enlevée pour montrer l'intérieur du dispositif. La figure 2 représente une vue du même dispositif en coupe partielle par un plan axial Il-Il de la figure 1 perpendiculaire au plan I-I. Le dispositif décrit permet de transmettre le couple par une denture cylindrique et d'assurer la transmission de poussée et le positionnement relatif de deux arbres Al et A2 par une bille prise entre deux logements sphériques adaptés. Il est constitué de cinq pièces fonctionnelles et deux pièces de maintien. Les cinq pièces de fonction sont - un premier embout à denture cylindrique 1 monté en bout de l'arbre F11, - un deuxième embout 2 à fente droite monté en bout de l'arbre A2, - une bille de poussée 3, - et deux glissières #a, 45 constituant ledit organe de glissement. Les deux pièces de maintien sont - un fourreau 25, - et une bague sphérique concave 29. Selon les figures 1 et 2, l'embout 1 -présente une partie massive la et il est muni de deux dents 5 et 6 dont les bases sont représentées en Sa et 6a, respectivement, et dont les f'ancs 7 et 8 forment des portions d'une meme surface cylindrique de révolution. L'axe 20 de ce cylindre est perpendiculaire et concourant à l'axe 9 de l'embout 1 à un point 10. il constitue le premier axe d'oscillation précédemment mentionné, le point 10 constituant le centre d'accouplement. Lorsqu'un couple représenté par la flèche F est appliqué par l'arbre AI à l'arbre A2 le flanc 7 de la dent 5 et le flanc 8 de la dent 6 constituent des zones d'appui, elest-à-dire que les forces qui assurent la transmission du couple d'un embout à l'autre passent par ces zones. Lorsque le couple appliqué change de sens c1 est 'e franc 7 de la dent 6 et le flanc 8 de la dent 5 qui jouent le rôle de zones d'appui. Dans la partie centrale de l'embout 1, une cuvette sphérique il est aménagée dans laquelle vient se loger la bille de poussée 3 de même diamètre dont 1e centre se confond avec le point 10. Coopérant avec les dents 5 et 6, deux glissières ha et 4b identiques sont munies d'un logement à flancs cylindriques au contact des flancs 7 et 8 des dents 5 et 6. Les flancs extérieurs 12 et 13 de ces g'issières sont des plans parallèles entre eux et parallèles à l'axe 20. Ces flancs plans coopèrent avec les flancs plans d'une rainure diamétrale traversante 15 usinée dans l'embout 2. Cette rainure est formée entre deux bras 15a et 15b dont des flancs 15e et 15f constituent les flancs de la rainure, les parties de ces flancs en regard des zones d'appui des dents 5 et 6 constituant lesdites zones d'appui de ces bras. Les bases de ces bras sont représentées en 15c et 15d, respectivement. Elles raccordent ces bras à la partie massive 2a de l'embout 2. Dans la partie centrale de l'embout 2 une cuvette sphérique 14 vient s'appuyer sur la bille 3. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : Un mouvement d'oscillation OA quelconque de l'axe 9 autour du point 10 peut se décomposer en deux mouvements OY et OX dans le même plan que OA, plan perpendiculaire à l'axe passant par O et par le point 10 - un premier mouvement OY autour de l'axe 20 du cylindre des dents 5 et 6 : Le mouvement de l'embout 1 se fait en appui par la cuvette 11 sur la bille 3 et se traduit par une rotation de la denture dans la glissière 4a et 4b qui est maintenue en rotation entre les flancs 15e et 15f de la rainure 15. - et un deuxième mouvement OX autour de l'axe 21 perpendiculaire à l'axe 22 de l'embout 2 et à l'axe 20 du cylindre de denture. Le mouvement de l'embout 1 se traduit par un glissement rotatif (toujours avec appui de la cuvette Il sur la bille 3) des glissières 4a et 4b dans la rainure 15. Ce glissement est rendu possible par un intervalle libre entre ces glissières et le fond de cette rainure. Quant à la transmission du couple d'un embout à l'autre, elle s'effectue entre les bras 15a et 15b et les dents S et 6 par l'intermédiaire des glissières la et 4b. Par rapport au dispositif connu précédemment décrit l'utilisation de ces glissières permet de diminuer la hauteur des dents et donc le moment de flexion supporté par la base de ces dents lors de la transmission de couples importants. Les pièces de maintien empêchent les embouts 1 et 2 de s'écarter l'un de l'autre et maintiennent la bille 3 en compression. Un fourreau 25 est monté glissant sur l'embout 2 et comporte un épaulement 26 par lequel il s'appuie sur un chanfrein conique de cet embout. La paroi de ce fourreau assure le maintien en position des glissières 4a et Lib dans la rainure 15 en s'opposant à leur éventuel déplacement radial le long des dents 5 et 6. Dans sa partie avant 27 le fourreau 25 présente un élargissement intérieur permettant le débattement de l'embout 1. Il est muni à son extrémité d'un filetage qui reçoit une bague filetée 29, (tout autre dispositif de liaison pouvant être utilisé). Cette bague forme une portée sphérique concave dont la surface 30 vient s'appuyer sur une portée sphérique convexe de même rayon qui est usinée à l'extrémité arrière de l'embout 1 ou sur une bague rapportée non représentée, et dont le centre est le point 10. Cette disposition permet la mise en place de l'embout 1 dans ce fourreau avant la mise en place de la bague à portée concave. Lors des oscillations de l'axe 9, les surfaces sphériques 30 de la bague 29 et de l'embout 1 glissent l'une sur l'autre et interdisent le recul relatif des embouts 1 et 2. Un manchon de caoutchouc 35 relie la bague 29 à l'arbre Ai pour assurer l'étanchéité de la zone travaillante vis-à-vis du milieu ambiant. L'accouplement qui vient d'être décrit est notamment applicable dans des opérations de forages dans le sol, par exemple pour la recherche de pétrole.

Claims: REVENDICATIONS 1J Dispositif d'accouplement à denture pour arbres oscillants, notamment à petits débattements angulaires, ce dispositif comportant - un premier embout (1) avec une partie massive (la) propre à être fixée à une extrémité avant d'un premier arbre à accoupler (au), cet embout présentant un axe longitudinal (9) et comportant une denture (5, 6) formant des portées cylindriques convexes de révolution autour d'un premier axe d'oscillation (20) perpendiculaire à l'axe de l'embout en un centre d'accouplement (10), cette denture étant reliée à la partie massive de l'embout par une partie intermédiaire constituant une base de denture (Sa, 6a) assurant le maintien ou ltentraînement de la denture à partir de la partie massive, - et un deuxième embout (2) avec une partie massive (2a) propre à être fixée à une extrémité avant d'un deuxième arbre à accoupler (A2) en regard de l'extrémité avant du premier arbre et présentant un axe longitudinal (22) qui passe par le centre d'accouplement (1G) et fait un angle petit avec l'axe du premier embout, ce deuxième embout étant creusé d'une rainure (15) formée entre deux bras (lisa, 15b), chacun de ces bras étant relie à la partie massive de ce deuxième embout par une partie intermédiaire constituant une base de bras (lac, lsd) assurant le maintien ou ltentraînement du bras à partir de la partie massive de cet embout, cette rainure contenant ledit premier axe d'oscillation (20) et ladite denture, de manière que le premier embout puisse osciller d'un petit angle autour de cet axe d'oscillation et qu'un couple de rotation du premier embout autour de son axe crée un couple de rotation du deuxième embout autour de son axe par application de forces de transmis sion de couple résultant de l'appui de cette denture sur ces bras dans des zones d'appui (7, 8, 15e, 15f) symétriques deux à deux par rapport au centre d'accouplement, ces forces étant opposées et sensiblement perpendiculaires à la fois aux axes des embouts et au premier axe d'oscillation, lesdites bases étant propres à résister aux moments fléchissants qui résultent de l'application desdites forces de transmission de couple, la base de denture (Sa) étant située longitudinalement en arrière de la zone d'appui (7) de cette denture et sensiblement à la même distance de l'axe du premier embout que cette zone d'appui, les bases de bras fisc) étant situées longitudinalement en arrière des zones d'appui (1 Se) des bras et sensiblement à la même distance de l'axe du deuxième embout que ces zones d'appui, de manière à éviter que l'encombrement diamétral du dispositif soit sensiblement supérieur à la distance diamétrale qui sépare lesdites zones d'appui symétriques et qui constitue le bras de levier permettant la transmission d'un couple, ladite rainure (15) étant suffisamment profonde pour permettre au premier embout d'osciller autour d'un deuxième axe d'oscillation passant par le centre d'accouplement (10) et perpendicu-laire à la fois au premier axe d'oscillation et à l'axe du premier embout, - ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'un organe de glisse- ment (4a1 4b) est interposé entre la denture (5, 6) du premier embout et les bras (isba, lSb) de la rainure (15) du deuxième embout, cet organe de glissement étant creuse pour former des portées cylindriques concaves coopérant avec les portées cylindriques convexes de cette denture avec le seul jeu nécessaire à l'oscillation du premier embout autour du premier axe d'oscillation (20), cet organe de glissement présentant en outre, de part et d'autre des flancs de cette denture, des flancs extérieurs de glissement (12, 13) plans et perpendiculaires au deuxième axe d'oscillation (21), les bras (15a, 15b) de la rainure (15) présentant des faces de glissement intérieures planes coopérant avec les flancs de glissement (12, 13) de l'organe de glissement avec le seul jeu nécessaire à l'oscillation de l'organe de glissement et du premier embout autour du deuxième axe d'oscillation, de manière à permettre ces oscillations sans créer de jeu lors de la transmission d'un couple de rotation d'un embout à l'autre. 2/ Dispositif selon la revendication 1, dans lequel - une première (il) et une deuxième (14) cuvettes sont creusées dans le premier (1) et le deuxième (2)embout, ces cuvettes formant deux portions de surface sphérique de glissement s'étendant autour des axes (9, 22) de ces deux embouts, respectivement, ces portions appartenant à une même sphère centrée sur le centre d'accouplement (10), - une bille de poussée sphérique (3) de même diamètre étant disposée en appui dans ces deux cuvettes pour permettre de transmettre une poussée axiale d'un embout à l'autre sans efforts sur la denture (5, 6) et l'organe de glissement (4a, 4b), - cette denture étant constituée de deux dents (5, 6) de part et d'autre de cette bille, - la rainure (15) stétendant de part et d'autre de cette bille, - cet organe de glissement étant constitué de deux glissières (4a, 4b) disposées de part et d'autre de -cette bille et comportant chacune deux bras qui sont disposés de part et d'autre de ces dents et qui-présentent lesdites portées cylindriques concaves et lesdits flancs de glissement plans (12, 13), ces deux bras étant réunis par une base entre laquelle et le fond de la rainure (15) est ménagé le jeu permettant l'oscillation autour du deuxième axe d'oscillation (21). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un organe de maintien (20) reliant les deux embouts (1, 2) pour les empêcher de s'écarter l'un de l'autre. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'organe de maintien est constitué par un fourreau rigide (25) fixé à l'un (2) desdits embouts, prolongeant celui-ci en passant autour de l'autre embout (1) et portant une portée sphérique concave (30) qui coopère avec une portée sphérique convexe formée sur cet autre embout, ou sur une pièce annulaire rapportée pouvant faciliter son exécution, ces portées étant centrées toutes deux sur le centre d'accouplement (10). 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la portée sphérique concave (30) est formée par une bague (29) (ou par une pièce intermédiaire pouvant faciliter son exécution), vissée dans le fourreau (25) et faisant saillie radiale intérieure dans ce fourreau de manière à permettre la mise en place dudit -autre embout (1) dans ce fourreau avant la mise en place de cette bague. 6/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qutun manchon souple (28) relie de manière étanche le fourreau (20) audit autre embout (1) et assure l'isolement des parties frottantes du milieu extérieur ambiant.

Inventors: TENDERO, LOUIS
Applicants: ALSTHOM
Application year: 1984
Main classification: F16D3
IPC codes: F16L55, F16D3