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Accouplement sans jeu à entraînement instantané Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte à un dispositif d'accouplement entre deux arbres du type à entraînement instantané, comme une liaison par crabot ou une liaison par arbres cannelés.
Art antérieur
Classiquement, les dispositifs d'accouplements entre arbres du type à crabot (ou clabot), c'est à dire l'ensemble des embrayages brusques à entraînement instantané comme les embrayages à griffes ou les embrayages à verrous, comportent aux extrémités de chaque arbre des parties en prise qui présentent en général la forme de deux brides, dont l'une au moins peut coulisser axialement, munies chacune de proéminences appelées dents ou griffes pouvant avoir soit un profil symétrique droit ou en coin ou bien encore un profil non symétrique.
Ce type de dispositif d'accouplement, que l'on rencontre également dans les liaisons par arbres cannelés, à la fois simple et économique et qui se manoeuvre à l'arrêt, est d'emploi très général dans tout type d'application. Or, dans certaines applications en ambiances thermiques et mécaniques sévères, il est notamment apparu, sous l'effet de variations thermiques ou vibratoires importantes, un jeu entre les deux arbres de l'accouplement qui, à l'extrême, peut avoir pour conséquence de provoquer une désolidarisation de la liaison.
Objet et description succincte de l'invention
La présente invention a donc pour but de proposer un dispositif à même de supprimer ce jeu dans ces accouplements à entraînement instantané pouvant exister dans toute liaison d'arbre. Un autre but de l'invention est de limiter la sensibilité de cette liaison, notamment au grippage. Encore un autre but de l'invention est de permettre une certaine souplesse vis à vis d'efforts parasites générés par des défauts de coaxialité des deux lignes d'arbres.
Ces buts sont atteints par un dispositif d'accouplement d'arbres à entraînement instantané comportant des première et seconde parties d'extrémité d'arbre munies chacune de dents et d'encoches disposées alternativement, une dent de la première partie d'extrémité coopérant avec une encoche lui faisant face de la seconde partie d'extrémité et vice versa, caractérisé en ce que l'une au moins des dents de l'une des deux parties d'extrémité d'arbre comporte au moins une entaille
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séparant cette dent en une partie de dent formant un corps rigide et au moins une partie de dent présentant des propriétés élastiques prédéterminées.
Par cette structure spécifique d'accouplement, dont le dimensionnement peut être très simplement réalisé par un simple calcul de résistance des matériaux ou plus précisément par un calcul numérique (du type éléments finis), il est possible de créer un dispositif particulièrement adapté pour rattraper un jeu dans toute liaison d'arbres ainsi que d'éventuels légers défauts de coaxialité de ces arbres. En effet, l'effort de rappel exercé par la partie élastique est parfaitement connu et reproductible (bien entendu en restant dans son domaine élastique). En outre, les possibilités de grippage de telles liaisons et la pollution qu'il en résulte sont également évités.
Selon un mode particulier de réalisation favorisant un autocentrage de l'accouplement, chaque dent peut comporter deux entailles définissant deux parties élastiques de dent de part et d'autre de la partie rigide de dent. Ces entailles peuvent être réalisées sur une seule comme sur chacune des dents de l'une ou l'autre des deux parties d'extrémité d'arbre.
Les dents des différentes parties d'extrémité d'arbre peuvent être disposées aussi bien parallèlement à l'axe de liaison, comme dans une liaison par crabot, que perpendiculairement à cet axe, comme dans une liaison par arbres cannelés.
Le dispositif d'accouplement selon l'invention comporte en outre avantageusement des moyens de limitation de l'écrasement de ladite partie élastique de dent qui permettent de garantir que cette partie travaille constamment dans son domaine élastique. Ces moyens peuvent consister simplement en une butée disposée sur la partie rigide de dent et définissant un écartement maximal entre cette partie rigide de dent et la paroi interne de l'encoche, en une butée disposée sur une paroi interne de la partie élastique de dent et définissant un écartement maximal entre cette partie élastique et la partie rigide de dent,
ou encore en un épaulement formant butée disposé dans au moins une desdites encoches destinée à recevoir ladite dent munie d'au moins une partie élastique de dent et définissant un écartement maximal entre la paroi interne de cette encoche et la partie rigide de dent. Toutefois, ces moyens de limitation peuvent être omis si la partie élastique de dent n'est pas soumise à des contraintes trop importantes la faisant travailler hors de son domaine élastique.
De préférence, ce dispositif comporte également des moyens de guidage de la dent dans l'encoche correspondante lui faisant face constitués soit par un
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chanfrein disposé en entrée de chacune desdites encoches recevant une dent munie d'au moins une partie élastique de dent soit par une partie inclinée vers le centre de la dent et réalisée à l'extrémité libre de chacune desdites parties élastiques de dent.
Il est ainsi possible de réaliser un montage de l'accouplement avec une grande facilité sans outillage particulier.
Avantageusement, les différentes dents sont recouvertes d'une couche d'un matériau possédant des caractéristiques tribologiques élevées, comme le PTFE ou ses dérivés.
De préférence, l'usinage des entailles peut être réalisé au moins en partie selon le procédé connu d'électroérosion à fil (EDM fil) mais lorsque les caractéristiques mécaniques du matériau constituant les dents sont insuffisantes, la partie élastique de dent peut être rapportée sur la partie rigide de dent, par exemple par soudage.
Brève description des dessins . D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue. en perspective d'une liaison par crabot munie de moyens de rattrapage de jeu selon l'invention, - la figure 2 montre un autre exemple de réalisation d'une liaison par crabot selon l'invention, - la figure 3 est une vue d'une des deux parties d'extrémité d'arbre de la liaison de la figure 1 avec une variante de réalisation des dents, - les figures 4a à 4d représentent les différentes étapes d'accouplement, - les figures 5a et 5b illustrent des variantes de réalisation de la liaison par crabot comportant des moyens de limitation de l'écrasement,
- la figure 6 montre une autre variante de réalisation de dents, - la figure 7 est encore une variante de réalisation de dents, - la figure 8 est une vue en perspective d'une liaison par arbres cannelés munie de moyens de rattrapage de jeu selon l'invention, et - la figure 9 montre une bride d'un crabot dont les entailles peuvent être réalisées par un usinage EDM fil.
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Description détaillée de modes de réalisations préférentiels
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre une liaison de type crabot 10 constituée de deux parties coaxiales d'extrémité d'arbre, formant bride, coopérant l'une avec l'autre. Chaque partie d'extrémité 12,18 comporte des dents ou griffes 14,20 que séparent une à une des encoches 16, 22.
Dans l'exemple illustré, qui ne saurait en aucune façon être limitatif, chaque partie d'extrémité de la liaison à crabot 10 comporte quatre dents (et donc quatre encoches) et l'une de ces deux parties d'extrémité 18 comporte deux dents opposées dans lesquelles sont pratiquées des entailles 220 séparant chacune de ces dents en une partie 200 de dent formant un corps rigide et en une partie 210 de dent présentant des propriétés élastiques prédéterminées définies de façon à exercer un effort élastique permettant un rattrapage de jeu pendant le fonctionnement de l'accouplement.
Bien entendu, il est possible de réaliser l'élément élastique constitué par la partie élastique de dent 210 simplement sur une seule dent de l'une des parties d'extrémité comme il est possible de réaliser des éléments élastiques sur toutes les dents de chaque partie d'extrémité d'arbre. Le choix de l'une ou l'autre de ces configurations dépendra essentiellement du besoin en couple de rattrapage de jeu nécessaire à l'application envisagée.
La figure 2 montre un exemple de dispositif présentant un usinage de toutes les dents qui peimet un fonctionnement dans deux sens de rotation, au contraire de la figure 1 qui privilégie un sens de rotation particulier. En effet, les entailles 220 sont ici réalisées d'un côté ou de l'autre de l'axe longitudinal de chaque dent à une distance déterminée de celui-ci.
La figure 3 illustre une réalisation dans laquelle une des parties d'extrémité, par exemple la bride 18, comporte également un élément élastique 210 par dent.
Toutefois, dans cet exemple, les dents sont d'un type non symétrique avec un premier flanc droit du côté de l'élément élastique (la partie élastique de dent 210) et au contraire un second flanc incliné du côté du corps de dent (la partie rigide de dent 200), de telle sorte qu'elles permettent d'assurer un accouplement dans un seul sens de rotation.
Le fonctionnement des moyens de rattrapage de jeu du dispositif d'accouplement instantané selon l'invention peut être décrit simplement au regard des figures 4a à 4d qui montrent des vues partielles d'une dent 20 d'une partie d'extrémité 18 d'un crabot 10 en prise avec une encoche 16 correspondante et lui faisant face de l'autre partie 12 de ce crabot. Sur la figure 4a, le crabot est
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désaccouplé, la dent 20 étant à l'extérieur de son encoche 16. Il peut être observé que l'élément élastique est alors dans une position de repos, sans sollicitation particulière, l'entaille 220 entre cet élément élastique 210 et le corps de dent 200 étant à sa dimension nominale.
On notera le profil particulier 250 du flanc de la dent destiné à faciliter les micro-mouvements angulaires dans la liaison et ainsi à réduire sa sensibilité à différents défauts géométriques. La figure 4b montre le crabot après insertion de la dent dans son encoche. Dans cette position, l'élément élastique 210, dont l'insertion a été facilitée par la présence d'un moyen de guidage présent sous la forme d'un chanfrein 225 réalisé en entrée de l'encoche 16, est comprimé d'une flèche déterminée correspondant à l'effort désiré, pour assurer et garantir un accouplement rigide. La figure 6 montre un autre exemple de réalisation de ce moyen de guidage sous la forme d'une partie 275 inclinée vers le centre de la dent et réalisée à l'extrémité libre de chacune des parties élastiques de dent.
De préférence, la localisation de la zone d'appui est assurée sur l'extrémité de la languette élastique. Bien entendu, il convient de dimensionner l'élément de manière à ce qu'il reste dans son domaine de fonctionnement élastique. Dans ces conditions, une liaison entre arbres munie de cet accouplement sera alors dépourvue de jeu et cela tant que le couple exercé sur la liaison restera inférieur à l'effort exercé par l'élément élastique.
Les figures 4c et 4d illustrent le comportement de l'accouplement lorsque le couple exercé sur la liaison est supérieur à l'effort exercé par cet élément élastique.
Il en résulte une désolidarisation de la dent de son encoche créant un espace 28 entre la paroi de cette encoche et le flanc du corps de dent. A l'extrême (fig 4d), l'élément élastique 210 peut venir en contact directement avec le corps de dent 200. Cette dernière position pouvant être de nature à entraîner un dépassement de la limite d'élasticité de l'élément élastique, il convient pour garder à celui-ci toutes ses propriétés élastiques de prévoir des moyens de limitation de son écrasement. Les figures 5a, Sb et 6 montrent des exemples de réalisation de tels moyens de limitation.
Sur la figure Sa, ces moyens de limitation de l'écrasement comportent une butée 245 disposée sur le corps de dent (la partie rigide de dent 200) et définissant ainsi un écartement maximal entre ce corps de dent et la paroi interne de l'encoche permettant de garantir en toute circonstance un comportement élastique à la partie élastique de dent 210 formant l'élément élastique. La figure 6 montre un autre exemple de réalisation de ces moyens de limitation de l'écrasement dans lequel ils
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comportent une butée 255 disposée sur une paroi interne de l'élément élastique et définissant un écartement maximal entre cette partie élastique et le corps de dent.
Sur la figure 5b, les moyens de limitation de l'écrasement comportent un épaulement 265 formant butée disposé dans au moins une des encoches 16 destinée à recevoir la dent munie de l'élément élastique 210 et définissant un écartement maximal entre la paroi interne de cette encoche et l'élément élastique.
On peut noter que la limitation de course peut être obtenue grâce à une dent dudit crabot ne comportant pas d'élément élastique ce qui permet une simplification de la réalisation.
Il peut également être noté que si les brides sont réalisées avantageusement en un seul élément (classiquement par usinage ou emboutissage par exemple), il est toutefois possible de rapporter la partie élastique de dent 210,230 sur la partie rigide de dent 200, par exemple par soudage. Ce procédé de fabrication qui présente l'avantage de permettre un choix de matériaux différents pour les parties élastique et rigide de dent peut notamment être rendu nécessaire dans le cas où les caractéristiques mécaniques du crabot seraient insuffisantes du fait de l'utilisation d'un seul matériau présentant des propriétés élastiques compatibles avec la réalisation de l'élément élastique.
Un traitement de surface des dents, consistant par exemple à recouvrir ces dents d'une couche d'un matériau possédant des caractéristiques tribologiques élevées, comme le PTFE ou ses dérivés, peut également être envisagé pour faciliter les micro-déplacements de la liaison. Bien entendu, il conviendra de s'assurer que le montage ainsi réalisé conserve des caractéristiques mécaniques suffisantes.
La figure 7 montre une autre variante de réalisation de l'invention dans laquelle la partie élastique 210 n'est plus solidaire de la base de la partie rigide de dent 200, comme précédemment, mais du sommet de cette partie rigide. Cette variante qui facilite le montage de l'accouplement peut bien entendu être complétée par les différents moyens de limitation décrit préalablement, par exemple la butée interne 255.
Il doit être noté que si les exemples représentés précédemment se rapportent essentiellement à des dispositifs d'accouplements dont les dents s'étendent parallèlement à l'axe de l'accouplement, il est bien évidemment possible de mettre en oeuvre l'invention dans un dispositif d'accouplement dont les dents sont disposées perpendiculairement à cet axe, comme l'illustre la figure 8 qui montre une liaison par arbres cannelés de ce type. Les variantes exposées
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précédemment, concernant à la fois le nombre et la disposition des parties élastiques de dents et les moyens de limitation de cette élasticité, sont bien entendu parfaitement adaptables à cette configuration.
L'usinage de la partie élastique permet d'ajuster avec une très grande précision son écrasement afin d'obtenir un effort déterminé. L'écrasement (ou la déformation) de la partie élastique de dent est en effet parfaitement déterminable car il ne dépend que de paramètres connus comme le type de matériau, les caractéristiques géométriques, la température ou la pression. La détermination de cet effort qui peut être obtenu de façon précise par un calcul numérique (selon la méthode des éléments finis notamment) en employant des moyens informatiques classiques ou de façon plus approximative par un calcul de résistance des matériaux sur la base d'hypothèses simplificatrices (coques ou poutres encastrées) ne pose pas de difficultés particulières et entre dans le domaine de compétence de tout homme du métier.
Cet usinage peut être avantageusement réalisé très simplement par la méthode connue d'électroérosion à fil (EDM fil) comme le montre la figure 8. En effet, cette technique permet une adaptation de l'inertie de l'élément élastique en fonction du besoin. On notera en outre que les sections des éléments élastique 210 et rigide 200 de dent évoluent dans ce cas de préférence radialement pour permettre un passage plus aisé du fil d'usinage 100 et une réalisation simultanée de plusieurs dents.
L'invention est particulièrement adaptée à un fonctionnement en ambiances thermiques et mécaniques sévères telles que dans les milieux cryotechniques dans lesquels il existe de très importantes variations thermiques susceptibles de créer des phénomènes de grippage et donc des pollutions pouvant avoir de très lourdes conséquences quant au bon fonctionnement des dispositifs pouvant comporter ces liaisons à accouplement instantané. Bien entendu, la méthode d'usinage exposée précédemment ne saurait en aucune façon être limitative, un usinage classique ou laser par exemple étant également envisageable.