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" Perfectionnements aux dispositifs d'accouplement à fric- t ion ".
La présente invention a poar bat d'obtenir un dispositif d'accouplement à friction capable de transmettre des couples dont les valeurs ne sont pratiquement pas influencées par des variations dans les coefficients de fric;tion des matières atilisées dans ces dispositifs d'accouplement.
L'invention est décrite ci-après en détail en référence aux dessins ci-joints, qai représentent différents exemples de réalisation de l'invention et dans lesquels :
La fig. 1 est une vae en coape verticale à travers le dispositif d'accouplement avec l'élément de friction dans une position de non fonctionnement.
La fig. 2 est ane vue en coupe semblable, montrant la position de l'élément de friction lorsque le dispositif d'ac- couplement est en fonctionnement.
La fig. 3 est une vae en coupe, à angle droit par rapport à celles des figs. 1 et 2, suivant la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est ane vue en coupe, verticale à travers une
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forme de réalisation modifiée du dispositif d'accoaplomsnt, capable de travailler dans les deux sens et comportant deux éléments de friction au lieu d'un seul, comme c'est le cas
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dans les figs. 1 à 3 inclusivement. La fig. 5 est une vue en coupe de la forme de réalisat9.az de la fig. 4, à angle droit par rapport à celle-ci, suivant la ligne 5-5 de cette figure 4.
La fig. 6 est une vue en coupe verticale d'une variante montrant l'emploi de ressorts agissant dans des directions radiales au. lien de l'emploi de poids, comme c'est le cas dans les formes de réalisation précédentes, et
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La fig. 7 est une vae en coupe de la forme de réalisatial suivant la fig. 6, à angle droit par rapport à celle-ci, c'est à, dire saivant la ligne 7-7 de cette fig. 6.
En référence aux figs. 1, 2 et 3, an tamboar 11 est cla-
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veté en 12 sur l'arbre commandé 13, qui fait partie clune ma- chine à commander, ou qui est relié impérativement s crile-ci de toute manière appropriée. Sur l'arbre de commando 14 est calé en 15 un bras 16, qui est représenté comme faisant
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partie d'une seule pièce avec le moyen 17, claveté sur l'ar- bre 14. La partie extérieure da bras 16 est d'un diamètre relativement petit et est attachée au dispositif 18, cons-
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tittzant l'élément de friction flexible. Cet élément de fric- tion comprend une bande en acier flexible 19, cintrée à la
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forme courbe représentée sar la fig. 1.
Sur sa sarfaca exté- r3.eure est fixée, de toute manière appropriée, una coucha de revêtement 20, en une matière de friction possédant un coef- ficient de frottement minimum modérément élevé. Dans an dis- positif d'accouplement tel que représenté, le coefficient mi-
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nimum de frottement peat être d'environ fix cl, Sur la surfa- ce intérieure de la bande en acier 19 sont rivés des poids 21, qui sont répartis uniformément autour de la bande et re- lativement près l'un de l'autre. Ils peuvent être faits en
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une matière appropriée dualconciud, telle qae du laiton, par
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exemple.
Lorsqu'on met en marche le moteur de commande, l'arbre de commande 14 est animé d'un mouvement de rotation avec une vitesse croissantedans le sens indiqué par la flèphe a, le bras 16 avec l'élément do friction 18 qui y est attaché étant
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évidemment entraînés dans ce mouvenunt de rotation. Le mouve- ment de rotation de l'élément de friction 18 produit sur la masse de cet élément uzre force centrifuge, tendant à le re- pousser vers l'e-térieur vers la surface intérieure cylindri-
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que de portée 11' du tambour 11. Cornme la plus grande partie de la masse de l'élément de friction se trouve dans les poids 21, ceux-ci contribuant pour la plus grande partie à créer cette force centrifuge.
Lorsqu'une vitesse suffisante de ro- tation a été atteinte, la force centrifuge croissante fait ouvrir l'élément de friction, jusqu'à ce que la couche dore-
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vêtement 20 vienne en contact de glissement avec la surface cylindrique de portée 11 T , comme indique sur la fig. . Lors d'un accroissement de la vitesse du moteur et de l'arbre de commande 14, la force centrifuge agissant dans le sens radial
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de la surface de portée 111 , augmente également , en repous- sant contre cette surf'ace l'élément de friction.
Lorsque la couche de revête ant de friction vient tout d'abord en contact avec la sarface de portée, le couple transmis au tamboar 11 est faible, mais au fur et mesure que la vitesse de l'arbre de cc.r,,ande augmente, en produisant un accroissement corés- pondant de la force centrifuge, le couple transmis augmente graduellement jasqu'à c;e que , lorsque le moteur marche à toute sa vitesse, un couple maximum est transmis aa tambour 11.
Suivant différents facteurs, tels que l'élasticité de la bande 19, et la masse de l'élément de friction, en particulier des poids 21, il faut qu'une vitesse particulière de l'arbre de commande soit atteinte avant que l'élément de friction puis- se être ouvert 3 un degré suffisant pour amener sa couche de
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revêtement 20 en matière de friction en contact avec la surfa- ce de portée 11', et il faut qu'une vitesse encore plas grande soit atteinte avant que l'élément de friction soit pressé con- tre la surface de portée avec une force suffisante pour trans- mettre au tambour 11 et à l'arbre commandé 13 an couple d'une valeur sensible quelconque.
Comme on le comprendra facilement, ce mode de fonction- nement est très efficace. L'accouplement est automatique, 11 est graduel dans son action et n'exerce aucun effort ou choc excessif on brusque sur lemoteur ou sur les organes commandés, ni marne sur les organes du dispositif d'accouplement eux- mêmes. Comme exemple de l'utilité de ce mode de fonctionnement il y a lieu de considérer le cas fréquent où il faut qu'un moteur atteigne une vitesse déterminée avant qu'une charge d'ane valeur quelconque lui soit appliquée. Il est important que la charge soit reçue ou absorbée graduellement, c'est-à- dire qu'il n'y ait pas de transmission brusqua de celle-ci.le dispositif d'accouplement suivant l'invention satisfait à ces conditions.
On peut naturellement par un choix convenable des matières et des dimensions des organes, construire le dispo- sitif d'accouplement de façonproduire un contact de lfélé- ment de friction flexible avec la surface de portée de maniera à ne transmettre un couple d'une valeur sensible quelconque que lorsque la vitesse désirée de marche du moteur a été at- teinte. Après que le contact initial a été produit, l'augmen- tation du couple, se produisant seulement avec l'accroisse- ment de la force centrifuge, est graduelle et n'a lieu que par suite de l'accroissement correspondant dans la vitesse du moteur.
Il est pea être oti.1e de noter que lorsque les organes commandés sont en pleine vitesse, il n'y a pas de frottement entre les organes da dispositif d'accouplement, étant donné qu'il ne se produit pas de glissement entre l'élément de fric- tion et le tambour, ceux-ci tournant ensemble pratiquement comm
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comme s'ils étaieut reliés d'une seule pièue.
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Mais le point le plus important au dispositif d'accou- plement suivant l'invention, dans l'exemple particulier de réalisation décrit ainsique dais d'autres qui seront décrits ci-après, réside peut être dans le fait qu'il est pratique- ment indépendant de var iations dans le coefficient de frotte- ment des matières de friction utilisée;;.
De nombreuses re- cherches ont démontré que le coefficient de frottement d'une matière n'a pas une valeur constante, ni une valeur ne variant
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que 1,étègererient, 1l1ah; est an réalité une valeur qai change notablement, en service, en variant fréqo61l1Yüont d'une façon marquée dans des périodes de temps relativement courtes, Il y a lieu de remarquer comment, malgré de grandes variations dans
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le coefficient de frottement de la matière uti.lisée, le ;ou- pla qui ost transmis avec le dispositif d'accouplement sui- vant 1 T inventiou est, -ocLi,-- tous les usages pratiques, indé- pendant de ces variations.
.Un premier lieu x il y a lien de noter que, dans le dis-
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positif d'al.;couplou.1nt décrit, l'élément de friction lo com- prend une liaison aveu le bras 16 à l'une do ses extrémités, maie est autrement relativement libre; Que
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l'élément de friction 115 est suf1iSaT,lf.lent flexible pour qae, soan ltinfliienue de lEt 10L'l.;3 ar-issant en direction radiale, il s'adarte et s'applique facilement sur la sULf8GG de portée rainant an glissement relativement è t;elle-L-i; que les forces radi.ales agissant sur l'élément de friction sous
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l'action de la force cantrifape, seront réparties de façon approximativement unii'orme;
et que l'élément de friction est anime d'au mouvement de rotation par suite de la liaison d'entraînement à l'une de ses extrémités, dans le sens de la flèche a, Dans ces conditions, le couple transmis varie ap-
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proxâmâtdv6L1EJllt cohime la promit de la force centrifuge, par unité de longueur de la bande métallique, agissant de façon appliquer l'élément de friction contre la surface de portée
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par la carré da rayon de la surface cylindrique intérieure du tambour, et par le facteur :
(air ( 1 - 1/2 ), dans lequel # # est la base du système naturel de logarithmes, u est le coefficient de frottement de la matière de revêtement et c est l'angle d'enveloppement de l'élément de friction ex- primé en fonction da rayon , c'est-à-dire l'angle de contact de l'élément de friction avec la surface de portée du tam- bour. Il ressort de ceci que la seule influence sur le couple transmis, due à des variations du coefficient do frottement, est produite par le factear ( 1 - 1/sux).
Il est évident que lorsque le coefficient minime de frottement est 0,35 et lorsque l'angle d'enveloppement est celui représenté sur la fig. 2, la quantité 1 possède une faible valeur et le facteur ( 1 - 1/sux) ne sera, évidemment qu'un peu inférieur à 1, et par conséquent ce facteur ne peut avoir que pea d'ef- fet sur la valeur du couple transmis. Plus le coefficient de frottement est grand, plas faible sera la valeur de 1/ sux et plus le facteur (1 - 1/sux)) se rapprochera de l'imité.
Il est par conséquent évident que quelque grande que soit la variation da coefficient de frottement au-dessus de la maleur minimam donnée, il ne se produira qu'une légère modification dans la valeur da couple transmis.
Il est évidemment indésirable de limiter le coefficient de frottement *8 une valeur minimum, Le point important est que, dans le dispositif d'accouplement construit et fonction- nant comme indiqué ci-dessus, le produit ( u #) ait une vas leur suffisante pour rendre (1/sux)néaligeable dans un cas particulier quelconque.
Les conditions nécessaires en ce qui concerne la cons- tance du couple transmis seront naturellementdifférentes pour des cas différents. Par exemple, un moteur qui est cons- truit de façon à permettre une surcharge de 25 %, permettra une plus grande variation dans le couple transmis qu'un mots qui est construit pour une surcharge de 10% seulement. Dans
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le premier cas ( Ii- 1\ ) peut évi de mirent avoir une valeur moin dre que dans le dernier. L'avantage important est que, pour
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les besoins partiua.liers d'un cas quelconqae, le couple transmis avec le dispositif d'accouplement suivant l'inven- tion peut être indépendant des variations qui se produisent en pratique.
La chose importante est que, avecce dispositif d'accouplement, il est possible de donner à de grandes varia- tions dans le coefficient de frottement une influence très faible sur le couple transmis, Par exempl-, dans la forme de
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réalisation considérée, la coefficient de frottemunt pour- rait varier dans des limites allant du simple au multiple et le couple transmis varierait seulement dans une propor-
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tjon relativement faible de qualgaes /6.
Il n'est probablement pas nécessaire de mentionner que pour répondre aux besoins d'un cas particulier qaelconque, on n'est pas limité à un coefficient minimum de frottement
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déterminé quelc;onqua, étant donné qa'il est nossible d'em- ployer un angle d'enveloppement plus grand. Au lieu d'utili- ser an élément de friction ayant la forme d'un secteur,comme
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dans la forme de réalisation représentée, on peut employer un élément de friction enroule en hélice, de façon à obtenir un grand accroissement correspondant dans l'angle d'envelop- pement.
Pour que le couple transmis soit pratiquement constant avec)le dispositif d'accouplement tel que décrit, il est
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nécessaire que certaines cotjditions de fonctionnement soient observées. Si on renv0rsait le sens de rotation de l'arbre de commande, sur les figs. 1, et 3, et si le bras 16 était animé d'un JllODv8L"nt de rotation dans an sens opposé à ceiai des aigailles d'une montre, (;'est---dire en sens inverse de la floche a, on obtiendrait un résultat entièrement diffé- rent.
Au lieu que le couple transmis ne soit pratiquement pas influencé par des variations dans le coefficient de frottement, comme indiqué ci-dessus, bien au contraire,
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chacone de cas variations serait notablement multipliée dans son action sar le couple transmis.
Toutefois, si le bras 16 comportait une liaison d'entraînement avec l'autre extrémité de l'élément de friction 18 au lieu d'être reliécelui-ci à l'extrémité représentée, .il serait nécessaire que le mu- vement de rotation du bras 16 eût lieu dans un sens opposé à celui des aiguilles d'unemontre pour obtenir la constance du couple transmis, et un mouvement de rotation du bras 16 dans le sans de la flèche a donneraitilieu, dans an tel cas, à la transmission d'un couple qui varierait fortement pour tout changement dans le coefficient de frottement.
En raison de l'importance des faits mentionnés ci-des- sus, il peut être bon d'examiner brièvement certaines condi- tions qai se produisent pendant la transmission d'un couple par l'intermédiaire de ce dispositif d'accouplement. Lorsque l'arbre de commande 14, le bras 16 et l'élément de friction
18 tournent dans le sens des aiguilles d'une montra, comme représenté sur la fig. 2, et transmettant un coupe au tam- bour 11, la force centrifuge agir radialement sur l'élément de friction 18 de façon l'appliquer contre la surface de portée 11'. En marne temps, il se produit un glissement de l'élément de friction relativement à la surface de portée 11', ce qui, en d'autres mots, signifie que cette surface de portée possède en fait un déplacement angulaire relatif dans le sens de la flèche b.
Comme résultante de ces deux actions, c'est-à-dire de l'action delà force dirigée radio- lement, due à la force centrifuge, et de l'action de glisse- ment de l'élément de friction par rapport à la surface de portée du tambour, l'élément de friction est soumis à un effort longitudinal qui dans ce cas est une tonsior, diminuan en intensité à partir de son extrémité reliée au bras 16 jusqu'à son extrémité libre. Il y a lieu de se rappeler que dans ce cas, le couple transmis est pratiquement constant.
Si avec la même liaison d'entraînement du. bras 16
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avec l'élément da friction 18, le mouvement de rotation se produisait dans le sens opposé, c'est-à-dire en sens in- verse de la flèche a, la force centrifuge agirait encore en direction, radiale et il se produirait encore an glissement relatif da la surface d'appui et de l'élément de friction, mais ce glissement aurait lieu dans un sens opposé à celai da cas précédent. Lomme conséquence, il se produirait en- core dans l'élément de friction un effort longitudinal mais dans ce cas ce serait un effort de compression au lieu d'un effort de tension.
Dans ce cas, le couple trans- mis n'est pratiquement constant pour des variations dans le coefficient de frottement, mais au contraire ce couple varierait de façon marquée.
On dispose ainsi d'un moyen pour déterminer le sens convenable do rotation pour obtenir la transmission d'un couple indépendant de variations dans le coefficient de frottement pendant la marche. Avec une surface de portée cylindrique intérieure, le mouvement de rotation de l'or- gane relié àune extrémité de l'élément de friction, doit avoir lieu dans un sens tel que l'élément de friction soit mis sous tension.
Comme on le comprendra facilement, il n'est pas es- sentiel que l'arbre 14 soit l'élément de commande et l'ar- bre 13 l'élément commandé. Le dispositif d'accouplement fonctionnerait tout aussi bien pour une disposition in- verse, le coupla étant alors transmis par l'intermédiaire du tambour 11, de l'élément de friction 18 et du bras 16 à l'arbre 14. Pour un tel mode de fonctionnement,il est évident, d'après les explisations données ci-dessus, que le tambour 11 doit tourner dans le sens de la flèche b pour mettre l'élément de friction 18 sous tension et avoir ainsi le sens convenable de rotation pour obtenir la cons- tance du couple transmis.
Les figs. 4 et 5 représentent un dispositif d'accou- plement présentant le même mode général de fonctionnement
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mais qu'on peut faire travailler dans-l'un et l'antre sens. En oatre, ce dispositif d'accouplement diffère de -celai de la première forme de réalisation décrite en ce qu'il est mieux équilibré, Il existe la même relation gé- nêrale entre l'arbre de commande et l'arbre commandé 14 et 13 et le tambour creux 11, sauf qu'il n'y a pas de communication entre les deux arbres pour maintenir un ali- gnement axial.
Sur l'arbre de commande 14 est claveté le tambour plein 30, sur lequel sont fixés des goujons 31, 31' 32 et 32'. les goujons 31 et 32 sont disposés à une distance angulaire relativement faible l'un de l'aa- tre, de même que les go.,jons 31' et 32', le goajon 31 étant diamétralement opposéau goujon 31', et le goujon 32 diamétralement opposé au goujon 32'; les goujons 31' et 32' sont toutefois disposés, dans le sens longitudinal du tamboar 30, dans un plan différent de celai des goujons 31 et 32.
Ce genre de dispositif d'accouplement comprend deux éléments de friction 33 et 34. Ceux-ci sont semblables à celai des figs. 1,2 et 3 at comportant chacun une bande d'acier 35, munùe d'une coache de revêtement en matière de friction 36, fixée sur la face éxtérieure de la bande mé- tallique, ainsi que des poids 37, répartis uniformément et fixés sur la face intérieur de celle-ci.
Près des deux extrémités de l'élément de friction 33 sont ménagées des ouvertures 38 et 39, destinées à rece- voir les goujons 31 et 32 respectivement. L'élément de friction 34 comporte des ouvertures semblables 38' et 39', destinées à recevoir les goujons 31et 32'.
Comme ce dispositif d'accouplement est destiné à travailler dans l'an et l'antre sens, ces ouvertures présen- tent, dans le sens longitudinal de l'élément de friction, une(dimension sensiblement plus grande que le diamètre des goujons. En outre, il est à, remarquer que la profon- deur des ouvertures est suffisante pour permettre une car-
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t aine liberté de mouvement de l'élément de friction dans le sens longitudinal des goujons, c'est à dire que la liai- son d'entrainement des éléments de friction avec le tari,- bour de commande 30 est telle qu'elle permet uns certaine liberté de mouvement des extrémités des éléments de fric- tion dans le sens raaial.
Lorsqu'on met en marche le moteur de façon à faire tourner le tambour 30 dans le sens indiqué par la flèche c. le goujon 31 vient en ensagement d'entraînement avec l'extrémité de l'élément de friction 33, et le goujon 31' vient semblablement en engagement d'entraînement avec; l'extrémité de l'élément de friction 34. Lorsque le moteur prend de la vitesse, il se produit, dans l'opération d'ac- couplement, les marnas effets que dans la forme de réalisa- tion précédemment décrite, et dans le même ordre que dans celles-ci.
En raison de ce que les ouvertures 38, 39, 38', 39', ménagées aux extrémités des éléments de frictions, ont des dimensions supérieures au diamètre des goujons, les goujons 32 et 32' ne sont pas en engagement d'entrainement avec les éléments de friction pendant le mouvement de ro- tation du tambour dans le sens de la flèche c. Lorsqu'on fait tourner le tambour 30 dans le sens opposé, c'est-à-di re dans le sens indiqué par la flèche d, les goujons 32 et 32' viennent alors en engagement d'entraînement avec les extrémités opposées des éléments de friction, tandis que les goujons 31 et 31' se déplacent alors sans venir en engagement d'entrainement aveu les éléments de friction.
Un point important de cette forme de réalisation de l'invention réside dans le fait qu'elle peut être utilisée comme accouplement flexible. On remarquera que, alors qae l'organe de commande et l'organe commandé de la forme de réalisation des figs. l à 3 sont maintenus dans une rela- tion axiale par la liaison de guidage 14', l'arbre de com- mande et l'arbre commandé 14 et 13 n'ont pas de liaison
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directe dans la forme de réalisation des figs. 4 et 5, la seule liaison alun genre quelconque entre ces organes étant celle réalisée par l'intermédiaire du contact de frottement des Eléments de fhiction, reliés à, entraînement à leurs ex- trémités avec le tambour de commande 30, avec le tambour 11 claveté sur l'arbre commandé 13.
Il. est évident que la liaison d'entraînement entre le tambour de commande 30 et les extrémités des éléments de friction n'est pas rigide, mais permet un mouvement appréciable des extrémités des éléments de friction dans le sens radial du tambour, par conséquent l'arbre de commande et l'arbre commandé 14 et 13 peuvent effectuer des déplacements angulaires et transver- eau relativement l'un à l'autre, et permettent par consé- quent l'emploi du dispositif comme accouplement flexible.
Pour obtenir la transmission d'un couple indépendant de variations du coefficient de frottement, il n'est pas né- cessaire de se limiter à l'action de la força centrifuge pour appuyer l'élément de friction radialement contre la surface de portée. Par exemple, on peat employer cet ef- fet des ressorts, corme indiqué sur les figs. 6 et 7, qui re- ppésentent une forme de réalisction semblable à beaucoup de points de vue à celles précédemment décrites, la relation générale entre le tambour et l'arbre de commande et l'arbre commandé étant la même. Sur l'arbre de commande 14 est cla- veté un bras 45, qui est relié à l'élément de friction flexi- ble 46 en 47, d'une manièresemblable [:; la liaison d'entrai.- nement correspondante de la première forme de réalisation décrite.
Cet élément de friction flexible comprend une ban- de en acier 48 et une couche de revêtement en matière de fric- tion 49, fixée sur celle-ci. Des goujons 50 sont fixés, à des distances uniformes l'au de l'autre, sur la face inté- rieure de la bande 48 de façon 'CI, faire saillie vers l'inté- rieur de celle-ci. Des goujons 51, en nombre égal à celui des goujons 50 et dispoés à la même distance angulaire l'on
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de l'autre que 1.:" t-X-I.: i, sont formés wur le moyeu 52 qui por- te le bras 45.
Des ressorts 53, travaillant à la compression, sont dis- posés entre le mo;yeu 52 et l'élevant de friction 46; les goujons sur le moyeu et sur la bande, ainsi que le bras 45, maintiennent ces re,,-orts dans la position relative d'écar- tement désirée, ces ressorts possèdent une force sensible- ment égale, d'une valeur telle qu'ils repoussent le revête-
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mant de l'élément de friction contare la surface cylindrique intérieure de pcutée uc tambour avec la force désirée.
Dans cet'tu i'orj-,e de réalisation de l'invention, l'élé- ment du friction t r'r.1m;! ,8 le couple aussitôt que le moteur est mis en marche, la vsisur du couple transmis dép,ndant prine:ipalelJ6Ylt de la force dos ressorts 55; par conséquent la force centrifuge exerce une influence moindre. La masse de l'élénant de fdction produit naturellement une force centrifuge d'une certain'; valeur, agissant en direction radia- le, mais avec les vitesses telles qu'on les emploie habituel.
1 ment, cette force centrifuge est faible comparativement à la force exercée par leu ressorts 53. Ce genre de dispo-
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sitif d'accouDiement convient lorsqu'on désire transmettre an couple qui estpeu près indépendant de la vitesse de rotation.
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Dans c:e genre de diopOLjitif d'accouplement, on utilise le même moyen pour déterminer le sens particulier de rota- ti.on des organes pour assurer l'indépendance du. couple trans- mis par rapport des variations dans le coefficient de frottement. Il est - remarquer que l'arbre de commande 14 et
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le bras 45, avec l'élément de friction 4:6 #::.tx y relié, tour- nent dans le sens de la flèche e. Dans ces conditions, l'élé- ment de friction est mis sous tension, et, comme dans les formes de réalisation précédentes, il transmet an couple qui est pratiquement indépendant du coefficient de frottement.
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Bien que le L10y( 11- ré-présente , dans la forme de réali-
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sation considérée, pour repousser l'élément de friction uon- tre la surface de portée, soit indiqué comme exerçant des forces radiales sensiblement égales sur l'élément de friction ceci xx ne signifie pas que l'élément de friction est re- poussé contre la surface de portée avec la marne force xx en tous les endroits. Dans la forme de réalisation de l'inven- tion représentée sur les figs. 6 et 7, chacun des ressorts 53 exerce pratiquement la même force radiale que chacun des autres sur l'élément de friction. En d'entres mots, les for- ces radiales appliquées sar l'élément de friction sont éga- les.
Mais, par suite du muvementde rotation de l'élément de friction relativement à la surface de portée pendant le glissement, la pression résultante exercée par l'élément de friction sur la surface de portée varie en différents endroits de celle -ci. En fait, la plus grande pression que l'élément de friction exerce contre la sarface de portée se produit à l'extrémité libre ou. non reliée de l'élément de friction, et cette pression va en diminuant sar toate l'é- tendue de l'élément de friction jusqu'à l'extrémité de liai- son de celai-ci, où la pression exercée est la plus faible.
Comme il a été mentionné précédemment, les conditions en ce qui concerne la constance du couple transmis varient en pratique suivant les besoins dans des cas différents. Ce qui constitue une variation non admissible dans un cas est sans signification pratique dans un autre cas. On petit par conséquent s'écarter, à certains points de vue, des condi- tions idéales dans la construction da dispositif d'accouple- ment pour des besoins particuliers et obtenir toutefois " pratiquement " la constance du couple 'transmis, cest-à-dire re une constance suffisante pour les besoins particuliers considérés.
C'est ainsi que, dans checun des exemples de l'invention.tels que représentés, les organes, appliquant l'élément de friction avec force contre la sarface de portée,
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qu'il s'agisse de poids ou de ressorts, sont représentés comme étant égaux au point de vue de la force dirigée radialement et sont aussi représentés connue étant répartis à des distances angulaires égales l'un de l'antre. Cece se rapprochera naturel- lement davantage des conditions idéales , mais, dans la prati- que réelle, on peut quelque peu s'écarter de ces conditions Par exemple, dans la forme de réalisation des fig.
1 à 3, les poids pourraient diif'érer quelque peu comme masse, oa pourraient être placés è des dista..es quelque peu différentes l'on de l'autre. En outre, bien que les dessins représentent les élé- ments de friction comme comportant des conçues de revêtement en matière de friction d'une épaisseur sensiblement égale sar toute leur étendue, il peut exister des conditions dans les- quelles il serait désirable de donner à la coache de revête- ment une épaisseur plus grandeses extrémités. Ceci pourrait tien être exact pour les extrémités libres des éléments de friction dans les formes de réalisation représentées, étant donné que l'usure la plus forte se prodait à ces extrémités li- bre s.
Bien que ceschangements paissent rendre le couple trans- mis moins indépendant desvariations dans le coeificient de frottement, on peut toutefois apporter ces changements dans beaucoup de cas tout en restant dans les limites admissibles de variation du couple transmis.
Dans chacune des formesde réalisation de l'invention re- présentées à titre d'exemple, il y a un élément de friction flexible qui est disposé de façonvenir en contact par en- veloppement avec une surface de portée cylindrique, représentée plus particulièrement comme étant une surface cylindrique in- térieure, cet élément de friction comportant une liaison d'en- traînement à une extrémité avec l'organe de commande ou avec l'organe commandé.
Dans les exemples représentés, la liaison d'entraînement avec une extrémité de l'élément de friction est telle qu'elle donne lieu a un effort de traction, et l'effort longitudinal produit dans l'élément de friction pendant le fonctionnement est une torsion. Il est toutefois évident que
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l'invention n'est pas limitée à l'emploi d'une surface cylin- drique intérieure comme surface de portée.
On peut, sans xxxx s'écarter du principe de l'invention, également utiliser comme surface de portée une surface cylindrique extérieure, mais dans de tels cas, la liaison d'entraînement avec l'élément de friction doit être telle qu'elle donne lieu à une poussée,et l'effort longitadinal dans l'élément de friction doit alors être une compression.
On voit immédiatement les avantages principaux de l'inven- tion. Une fois que le moteur est en pleine vitesse, chacun des dispositifs d'accou-plement précédemment décrits transmet un couple d'une valeur pratiquement constante. Par conséquent la charge est graduellement et régulièrement appliquée sur le motear. Des variations dans la puissance absorbée par l'appa- reil commandé n'affectent pas sensiblement cette constante du couple transmis, et il en résulte qu'une surcharge du mo- teur est évitée. Ces caractéristiques du. dispositif daccou- plement suivant l'invention présentent une valeur dvidente pour la commande d'appareils possédant une inertie considéra- ble au moyen d'un moteur à vitesse constante.
REVENDICATIONS
1. Un dispositif d'accouplement, caractérisé en ce qu'il comprend an organe de commande et un organe commandé, dont l'un comporte ane sucface de portée courbe, tandis que l'autre comporte une liaison d'entraînement aveu un élément de friction flexible, disposé de façon . pouvoir être appli- qué radialement en contact par enveloppement avec cette surfa- ce de portée courbe.
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"Improvements to friction coupling devices".
The present invention aims to obtain a friction coupling device capable of transmitting torques whose values are practically not influenced by variations in the friction coefficients of the materials used in these coupling devices.
The invention is described below in detail with reference to the accompanying drawings, which represent various embodiments of the invention and in which:
Fig. 1 is a vertical coape pass through the coupling device with the friction member in a non-operating position.
Fig. 2 is a similar sectional view showing the position of the friction element when the coupling device is in operation.
Fig. 3 is a sectional vae, at right angles to those of Figs. 1 and 2, following line 3-3 of fig. 2.
Fig. 4 is a sectional view, vertical through a
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modified embodiment of the accoaplomsnt device, capable of working in both directions and having two friction elements instead of one, as is the case
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in figs. 1 to 3 inclusive. Fig. 5 is a sectional view of the embodiment of FIG. 4, at right angles to the latter, along line 5-5 of this figure 4.
Fig. 6 is a vertical sectional view of a variant showing the use of springs acting in radial directions. link of the use of weight, as is the case in previous embodiments, and
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Fig. 7 is a sectional vae of the embodiment according to FIG. 6, at right angles to the latter, that is to say according to the line 7-7 of this FIG. 6.
With reference to figs. 1, 2 and 3, an tamboar 11 is cla-
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veté 12 on the controlled shaft 13, which is part of a machine to be controlled, or which is imperatively connected to it in any appropriate manner. On the commando shaft 14 is wedged at 15 an arm 16, which is shown as forming
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part in one piece with the means 17, keyed on the shaft 14. The outer part of the arm 16 is of a relatively small diameter and is attached to the device 18, made up of
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tittzant the flexible friction element. This friction element comprises a flexible steel strip 19, bent at the
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curved shape shown in FIG. 1.
On its outer sarfaca is attached in any suitable manner a coating layer 20 of a friction material having a moderately high minimum friction coefficient. In a coupling device as shown, the coefficient mi-
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The minimum friction should be about fix cl. On the inner surface of the steel strip 19 are riveted weights 21, which are distributed evenly around the strip and relatively close to each other. They can be made in
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a suitable dualconciud material, such as brass, by
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example.
When the drive motor is started, the drive shaft 14 is rotated with increasing speed in the direction indicated by arrow a, the arm 16 with the friction element 18 therein. tied being
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obviously drawn into this movement of rotation. The rotational movement of the friction element 18 produces on the mass of this element a centrifugal force, tending to push it back inward towards the cylindrical inner surface.
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that of reach 11 'of the drum 11. Cornme most of the mass of the friction element is in the weights 21, the latter contributing for the most part to create this centrifugal force.
When a sufficient speed of rotation has been reached, the increasing centrifugal force opens the friction element, until the golden layer.
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garment 20 comes into sliding contact with the cylindrical bearing surface 11 T, as shown in FIG. . When increasing the speed of the motor and the drive shaft 14, the centrifugal force acting in the radial direction
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of the bearing surface 111, also increases, by pushing the friction element against this surface.
When the frictional coating layer first comes into contact with the bearing sarface, the torque transmitted to the tamboar 11 is low, but as the speed of the DC shaft increases. , producing a corresponding increase in the centrifugal force, the transmitted torque gradually increases until, when the motor is running at full speed, maximum torque is transmitted to the drum 11.
Depending on various factors, such as the elasticity of the strip 19, and the mass of the friction element, in particular weights 21, a particular speed of the drive shaft must be reached before the element friction can be opened 3 to a sufficient degree to bring its layer of
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coating 20 of friction material in contact with the bearing surface 11 ', and an even higher speed must be reached before the friction member is pressed against the bearing surface with sufficient force to transmit to the drum 11 and to the controlled shaft 13 a torque of any appreciable value.
As will easily be understood, this mode of operation is very efficient. The coupling is automatic, it is gradual in its action and exerts no force or excessive or sudden shock on the motor or on the controlled members, nor on the members of the coupling device themselves. As an example of the usefulness of this mode of operation, it is necessary to consider the frequent case where it is necessary for a motor to reach a determined speed before a load of any value is applied to it. It is important that the load is received or absorbed gradually, that is to say that there is no abrupt transmission thereof. The coupling device according to the invention satisfies these conditions.
It is of course possible, by a suitable choice of materials and dimensions of the members, to construct the coupling device in such a way as to produce contact of the flexible friction element with the bearing surface so as not to transmit a torque of an amount of value. sensitive only when the desired engine running speed has been reached. After the initial contact has been made, the increase in torque, occurring only with the increase in centrifugal force, is gradual and takes place only as a result of the corresponding increase in the speed of the engine.
It should be noted that when the controlled members are at full speed, there is no friction between the coupling device members, since there is no slippage between the coupling device. friction element and drum, these rotating together practically as
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as if they were connected with a single piece.
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But the most important point of the coupling device according to the invention, in the particular embodiment described as well as others which will be described below, may lie in the fact that it is practical. independent of variations in the coefficient of friction of the friction materials used ;;.
Numerous studies have shown that the coefficient of friction of a material does not have a constant value, nor a value that does not vary.
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that 1, etègererient, 1l1ah; is in reality a value qai changes markedly, in service, varying frequently in relatively short periods of time. It is to be noted how, despite large variations in
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the coefficient of friction of the material used, the; ou- pla which is transmitted with the following coupling device 1 T inventiou is, -ocLi, - all practical uses, independent of these variations.
A first place x there is a link to note that, in the dis-
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positive al.; couplou.1nt described, the friction element lo comprises a connection to the arm 16 at one of its ends, but is otherwise relatively free; that
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the friction element 115 is suf1iSaT, lf.lent flexible pour qae, soan ltinfliienue de lEt 10L'l.; 3 ar-issant in radial direction, it adapts and is easily applied on the seat sULf8GG sliding grooving relatively è t; she-Li; that the radi.al forces acting on the friction element under
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the action of the cantrifape force, will be distributed approximately uniformly;
and that the friction element is driven by a rotational movement as a result of the drive connection at one of its ends, in the direction of arrow a, Under these conditions, the torque transmitted varies ap-
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proxâmâtdv6L1EJllt cohimates the promise of centrifugal force, per unit length of the metal strip, acting so as to apply the friction element against the bearing surface
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by the square da radius of the inner cylindrical surface of the drum, and by the factor:
(air (1 - 1/2), where # # is the basis of the natural logarithmic system, u is the coefficient of friction of the coating material and c is the angle of envelopment of the friction element ex - awarded according to radius, that is to say the contact angle of the friction element with the bearing surface of the drum. It emerges from this that the only influence on the transmitted torque, due to of variations in the coefficient of friction, is produced by the factear (1 - 1 / sux).
It is evident that when the minimum coefficient of friction is 0.35 and when the angle of envelopment is that shown in fig. 2, the quantity 1 has a low value and the factor (1 - 1 / sux) will obviously only be a little less than 1, and therefore this factor can only have a pea effect on the value of the torque transmitted. The greater the coefficient of friction, the lower the value of 1 / sux will be and the more the factor (1 - 1 / sux)) will approach the imitated.
It is therefore evident that however great the variation in the coefficient of friction may be above the given minimum maleur, only a slight modification will occur in the value of the torque transmitted.
It is obviously undesirable to limit the coefficient of friction * 8 to a minimum value. The important point is that, in the coupling device constructed and operating as indicated above, the product (u #) has a sufficient value. to make (1 / sux) nealigeable in any particular case.
The necessary conditions with regard to the constancy of the transmitted torque will naturally be different for different cases. For example, a motor which is constructed to allow 25% overload will allow a greater variation in torque transmitted than a words which is constructed for only 10% overload. In
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the first case (II-1 \) can avoid having a lower value than in the last. The important advantage is that for
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Particularly in any case, the torque transmitted with the coupling device according to the invention may be independent of the variations which occur in practice.
The important thing is that with this coupling device it is possible to give large variations in the coefficient of friction a very small influence on the transmitted torque, For example, in the form of
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realization considered, the friction coefficient could vary within limits ranging from single to multiple and the torque transmitted would vary only in a proportion.
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Relatively weak tjon of qualgaes / 6.
It is probably not necessary to mention that in order to meet the needs of a particular case, one is not limited to a minimum coefficient of friction.
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determined whatever, since it is not possible to use a larger wrap angle. Instead of using a friction element having the shape of a sector, as
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in the illustrated embodiment, a helically wound friction element can be employed, so as to achieve a corresponding large increase in the wrapping angle.
So that the torque transmitted is practically constant with) the coupling device as described, it is
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it is necessary that certain operating conditions be observed. If the direction of rotation of the control shaft is returned, in figs. 1, and 3, and if the arm 16 was animated by a JllODv8L "nt of rotation in the direction opposite to that of the needles of a watch, (; 'is --- to say in the opposite direction of the arrow a, we would get an entirely different result.
Instead of the transmitted torque is hardly influenced by variations in the coefficient of friction, as indicated above, quite the contrary,
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each of these variations would be notably multiplied in its action by the torque transmitted.
However, if the arm 16 were to have a drive connection with the other end of the friction element 18 instead of being connected therewith to the end shown, it would be necessary for the rotational movement of the arm 16 would take place in a direction opposite to that of the needles of a watch to obtain the constancy of the transmitted torque, and a rotational movement of the arm 16 in the direction of the arrow to give, in such a case, to the transmission of a torque that would vary greatly for any change in the coefficient of friction.
Because of the importance of the above-mentioned facts, it may be useful to briefly consider certain conditions which occur during the transmission of torque through this coupling device. When the drive shaft 14, the arm 16 and the friction element
18 rotate clockwise as shown in fig. 2, and transmitting a cut to the drum 11, the centrifugal force acts radially on the friction element 18 so as to apply it against the bearing surface 11 '. In time, there is a sliding of the friction element relative to the bearing surface 11 ', which, in other words, means that this bearing surface in fact has a relative angular displacement in the direction of the arrow b.
As a result of these two actions, that is to say of the action of the radio-directed force, due to the centrifugal force, and of the sliding action of the friction element with respect to the bearing surface of the drum, the friction element is subjected to a longitudinal force which in this case is a tonsior, decreasing in intensity from its end connected to the arm 16 to its free end. It should be remembered that in this case the torque transmitted is practically constant.
If with the same drive link of the. arm 16
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with the friction element 18, the rotational movement took place in the opposite direction, that is to say in the reverse direction of the arrow a, the centrifugal force would still act in direction, radial and it would still occur a relative sliding da the bearing surface and the friction element, but this sliding would take place in a direction opposite to that of the previous case. As a consequence, there would still be a longitudinal force in the friction element, but in this case it would be a compressive force instead of a tension force.
In this case, the torque transmitted is not practically constant for variations in the coefficient of friction, but on the contrary this torque would vary markedly.
A means is thus available for determining the suitable direction of rotation to obtain the transmission of a torque independent of variations in the coefficient of friction during walking. With an internal cylindrical seating surface, the rotational movement of the member connected to one end of the friction element, must take place in a direction such that the friction element is under tension.
As will readily be understood, it is not essential that shaft 14 be the control element and shaft 13 be the controlled element. The coupling device would work just as well for a reverse arrangement, the coupla then being transmitted through the drum 11, the friction element 18 and the arm 16 to the shaft 14. For such an arrangement. operation, it is evident from the explanations given above that the drum 11 must rotate in the direction of arrow b to put the friction element 18 under tension and thus have the proper direction of rotation to obtain the constancy of the torque transmitted.
Figs. 4 and 5 show a coupling device having the same general mode of operation
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but that one can make work in one and the other direction. In addition, this coupling device differs from that of the first embodiment described in that it is better balanced. There is the same general relationship between the drive shaft and the driven shaft 14 and 13. and the hollow drum 11, except that there is no communication between the two shafts to maintain axial alignment.
On the drive shaft 14 is keyed the solid drum 30, on which are fixed studs 31, 31 '32 and 32'. the studs 31 and 32 are arranged at a relatively small angular distance from one another, as are the go., jons 31 'and 32', the goajon 31 being diametrically opposed to the stud 31 ', and the stud 32 diametrically opposed to the stud 32 '; the studs 31 'and 32' are however arranged, in the longitudinal direction of the tamboar 30, in a plane different from that of the studs 31 and 32.
This kind of coupling device comprises two friction elements 33 and 34. These are similar to that of Figs. 1, 2 and 3 at each comprising a steel strip 35, provided with a coating of friction material 36, fixed on the outside face of the metal strip, as well as weights 37, uniformly distributed and fixed on the inside of it.
Near the two ends of the friction element 33 are formed openings 38 and 39, intended to receive the studs 31 and 32 respectively. The friction element 34 has similar openings 38 'and 39', intended to receive the studs 31 and 32 '.
As this coupling device is intended to work in the year and the other direction, these openings have, in the longitudinal direction of the friction element, a dimension which is appreciably larger than the diameter of the studs. In addition, it should be noted that the depth of the openings is sufficient to allow a cardboard
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the freedom of movement of the friction element in the longitudinal direction of the studs, that is to say that the drive connection of the friction elements with the tari, - control loop 30 is such as to allow some freedom of movement of the ends of the friction elements in the raaial direction.
When the motor is started so as to rotate the drum 30 in the direction indicated by the arrow c. the stud 31 comes into driving engagement with the end of the friction element 33, and the stud 31 'similarly comes into driving engagement with; the end of the friction element 34. As the motor gains speed, the same effects occur in the coupling operation as in the embodiment previously described, and in the coupling operation. same order as in these.
Due to the fact that the openings 38, 39, 38 ', 39', formed at the ends of the friction elements, have dimensions greater than the diameter of the studs, the studs 32 and 32 'are not in driving engagement with the friction elements during the rotational movement of the drum in the direction of the arrow c. When the drum 30 is rotated in the opposite direction, that is, in the direction indicated by the arrow d, the studs 32 and 32 'then come into driving engagement with the opposite ends of the friction, while the studs 31 and 31 'then move without coming into drive engagement without the friction elements.
An important point of this embodiment of the invention is that it can be used as a flexible coupling. It will be noted that, then qae the control member and the controlled member of the embodiment of figs. 1 to 3 are kept in an axial relation by the guide link 14 ', the control shaft and the driven shaft 14 and 13 have no linkage
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direct in the embodiment of figs. 4 and 5, the only connection of any kind between these members being that produced by means of the frictional contact of the fhiction elements, connected to, drive at their ends with the control drum 30, with the keyed drum 11 on the ordered shaft 13.
He. It is evident that the drive connection between the control drum 30 and the ends of the friction elements is not rigid, but allows appreciable movement of the ends of the friction elements in the radial direction of the drum, hence the shaft The drive shaft and the driven shaft 14 and 13 can move angularly and transversely with respect to one another, and therefore allow the device to be used as a flexible coupling.
To obtain the transmission of a torque independent of variations in the coefficient of friction, it is not necessary to be limited to the action of the centrifugal force to press the friction element radially against the bearing surface. For example, this effect of the springs can be used, as shown in figs. 6 and 7, which represent an embodiment similar in many respects to those previously described, the general relationship between the drum and the drive shaft and the driven shaft being the same. On the drive shaft 14 is keyed an arm 45, which is connected to the flexible friction element 46 at 47, in a similar manner [:; the corresponding drive link of the first embodiment described.
This flexible friction member comprises a steel strip 48 and a coating layer of friction material 49 attached thereto. Studs 50 are attached, at uniform distances from each other, to the inside face of strip 48 so as to protrude inwardly thereof. Studs 51, in a number equal to that of the studs 50 and arranged at the same angular distance, one
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on the other that 1 .: "t-X-I .: i, are formed on the hub 52 which carries the arm 45.
Springs 53, working in compression, are arranged between the mo; yeu 52 and the friction riser 46; the studs on the hub and on the band, as well as the arm 45, maintain these springs in the desired relative position of separation, these springs have a substantially equal force, of a value such that 'they repel the clad-
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The mantle of the friction element contacts the inner cylindrical surface of the drum unit with the desired force.
In this embodiment of the invention, the friction element is t r'r.1m ;! , 8 the torque as soon as the engine is started, the comparison of the transmitted torque depends on the main: equal to the force of the springs 55; therefore the centrifugal force exerts less influence. The mass of the fdction element naturally produces a centrifugal force of a certain degree; value, acting in a radial direction, but with the speeds as they are usually employed.
1 ment, this centrifugal force is small compared to the force exerted by the springs 53. This kind of device
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Coupling device is suitable when it is desired to transmit a torque which is almost independent of the speed of rotation.
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In this kind of coupling diopOLjitif, the same means are used to determine the particular direction of rotation of the organs to ensure the independence of the. torque transmitted in relation to variations in the coefficient of friction. It is - notice that the drive shaft 14 and
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the arm 45, with the friction element 4: 6 # ::. tx connected to it, turns in the direction of the arrow e. Under these conditions the friction element is put under tension, and, as in the previous embodiments, it transmits a torque which is substantially independent of the coefficient of friction.
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Although the L10y (11- re-presents, in the form of reali-
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Consideration is given to pushing the friction element back against the bearing surface is indicated as exerting substantially equal radial forces on the friction element this does not mean that the friction element is pushed against the friction element. bearing surface with force xx marl in all places. In the embodiment of the invention shown in Figs. 6 and 7, each of the springs 53 exerts substantially the same radial force as each of the others on the friction element. In other words, the radial forces applied to the friction element are equal.
However, as a result of the rotational movement of the friction element relative to the bearing surface during sliding, the resulting pressure exerted by the friction element on the bearing surface varies at different places thereof. In fact, the greatest pressure that the friction element exerts against the bearing sarface occurs at the free end or. of the friction element, and this pressure decreases by the extent of the friction element to the connecting end thereof, where the pressure exerted is greatest. low.
As previously mentioned, the conditions with regard to the constancy of the transmitted torque vary in practice according to the needs in different cases. What constitutes an inadmissible variation in one case is of no practical significance in another. In certain respects, therefore, it is possible to deviate from the ideal conditions in the construction of a coupling device for particular needs and yet to obtain "practically" the constancy of the torque transmitted, that is to say. say that there is sufficient consistency for the particular needs considered.
Thus, in each of the examples of the invention, such as represented, the members, applying the friction element with force against the bearing sarface,
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whether they are weights or springs, are shown as being equal in terms of radially directed force and are also shown known to be distributed at equal angular distances from one another. This will naturally come closer to ideal conditions, but in actual practice one may deviate somewhat from these conditions. For example, in the embodiment of Figs.
1 to 3, the weights could differ somewhat like mass, where they could be placed at somewhat different distances from each other. Further, although the drawings show the friction elements as comprising friction coating designs of substantially equal thickness throughout their entire extent, there may be conditions under which it would be desirable to give the friction material. the coating coache a thicker ends. This might still be correct for the free ends of the friction members in the embodiments shown, since the greatest wear occurs at these free ends.
Although these changes may make the torque transmitted less independent of variations in the coefficient of friction, these changes can nevertheless be made in many cases while remaining within the allowable limits of variation of the torque transmitted.
In each of the exemplary embodiments of the invention, there is a flexible friction element which is disposed to come into enveloping contact with a cylindrical bearing surface, shown more particularly as a. inner cylindrical surface, this friction element comprising a drive connection at one end with the control member or with the controlled member.
In the examples shown, the drive connection with one end of the friction element is such that it gives rise to a tensile force, and the longitudinal force produced in the friction element during operation is a torsion. . However, it is obvious that
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the invention is not limited to the use of an interior cylindrical surface as a bearing surface.
It is possible, without deviating from the principle of the invention, also to use as bearing surface an outer cylindrical surface, but in such cases the drive connection with the friction element must be such as to give thrust, and the longitudinal force in the friction element must then be compression.
The main advantages of the invention can be seen immediately. Once the engine is at full speed, each of the previously described coupling devices transmits a torque of a practically constant value. Therefore the load is gradually and steadily applied to the motear. Variations in the power absorbed by the controlled apparatus do not appreciably affect this constant of the transmitted torque, and as a result, overload of the motor is avoided. These characteristics of. A coupling device according to the invention are of obvious value for controlling devices with considerable inertia by means of a motor at constant speed.
CLAIMS
1. A coupling device, characterized in that it comprises a control member and a controlled member, one of which comprises ane sucface with a curved bearing surface, while the other comprises a drive connection with a control element. flexible friction, arranged so. be able to be applied radially in contact by envelopment with this curved bearing surface.