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REVENDICATIONS
Dispositif d'accouplement de pièces mécaniques comprenant un élément de contact (4) qui est disposé autour de l'une des pièces à accoupler (5), une bague élastique (3) qui coopère avec la surface extérieure de l'élément de contact pour produire un effort de serrage radial, un élément d'application de force (2) qui est déplaçable linéairement par rapport à la seconde pièce à accoupler (7), ce déplacement axial provoquant une déformation de la bague élastique (3) autour de l'élément de contact (4) pour qu'il vienne serrer la première pièce à accoupler (5), ledit dispositif étant caractérisé en ce que la bague élastique (3), lorsqu'elle n'est pas contrainte, est essentiellement plane et perpendiculaire à l'axe longitudinal de la première pièce à accoupler (5),
et prend une configuration conique lorsqu'elle est poussée sur la surface extérieure de l'élément de contact (4) par le déplacement linéaire de l'élément d'application de force (2).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une bague d'appui (1) est interposée entre l'élément d'application de force (2) et la bague élastique (3), ladite bague d'appui ayant une surface de contact conique du côté de la bague élastique (3), ladite bague élastique se déformant de façon à venir se plaquer sur la surface conique de la bague d'appui sous l'effet de la force linéaire de l'élément d'application de force (2).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la section longitudinale de la paroi de l'élément de contact (4) est dimensionnée comme une poutre rigide pour répartir uniformément l'effort de serrage qui est exercé au point où la bague élastique déformée porte sur la surface extérieure de l'élément de contact, de telle sorte que la pression de serrage soit uniformément répartie sur toute la surface de contact de la première pièce à accoupler (5).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une bague d'appui (1) est interposée entre l'élément d'application de force (2) et la bague élastique (3), la surface de contact de la bague d'appui et de l'élément d'application de force (2) étant conique dans un sens ou dans l'autre pour assurer un centrage automatique de la bague d'appui.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'extrémité de l'élément de contact (4) la plus éloignée de l'élément d'application de force (2) est munie d'une partie amovible (6) qui forme une surface convexe à l'opposé de la première pièce à accoupler (5), de façon à coopérer avec une surface oblique de la seconde pièce (7) pour que la surface opposée de la partie amovible (6) soit appliquée de manière étanche contre la surface adjacente de la première pièce à accoupler (5) lorsque l'élément de contact (3) est déplacé axialement.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie amovible (6) est en une matière souple qui est comprimée entre la surface conique de la seconde pièce (7) et la surface extérieure de la première pièce à accoupler (5).
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la surface de la partie amovible (6) qui vient en contact avec la première pièce à accoupler (5), est divisée en au moins deux surfaces de contact séparées par une ou plusieurs gorges transversales par rapport à la direction du mouvement axial.
La présente invention concerne les dispositifs d'accouplement d'éléments mécaniques de section pleine, semi-pleine ou creuse, tels que des barres, des arbres, des tubes, des fils, etc.
On connaît un grand nombre de dispositifs permettant d'accoupler deux éléments mécaniques, soit par une liaison permanente, par exemple par soudage, soit par une liaison temporaire. C'est notamment le cas des différents systèmes de raccord de tuyauterie, d'accouplement d'essieux, de fixation de fils ou de câbles, etc.
L'inconvénient évident d'une liaison permanente est le fait que les éléments ne peuvent être démontés sans détérioration si le besoin s'en fait sentir. Cependant, les dispositifs d'accouplement connus ont également l'inconvénient de produire une déformation plastique et/ou mécanique plus ou moins importante des pièces fixées. Cette déformation amoindrit la résistance du joint aux vibrations et à la pression et limite le nombre de montages et de démontages que l'on peut effectuer avec le même dispositif d'accouplement en conservant les propriétés du joint.
La présente invention a pour objet un développement d'un accouplement sans déformation du type décrit dans le brevet suédois no 7 201 305-1 (numéro de publication: 372 607).
Dans ce brevet, le dispositif d'accouplement comprend une bague élastique tronconique qui est tordue ou autrement déformée autour de la surface périphérique d'un élément tubulaire. La bague élastique sert de convertisseur de force pour produire un effet de serrage radial de l'élément tubulaire sur l'une des pièces à accoupler. Ce dispositif est caractérisé par le fait que la bague élastique tronconique est déformée vers une position de contrainte pour produire l'effet de serrage radial nécessaire à la fixation de la pièce. L'élément tubulaire peut avoir une surface extérieure cylindrique ou conique sur laquelle la bague élastique exerce un effort localisé qui produit l'effet de serrage. La pression de serrage de la pièce est maximale à l'endroit où la bague élastique appuie et décroît vers les deux extrémités longitudinales.
Pour obtenir un joint étanche, on utilise deux surfaces coniques en contact mutuel et il y a un risque que l'arête vive de l'extrémité avant de l'élément tubulaire s'imprime dans la pièce serrée.
La présente invention a pour but une amélioration de ce type d'accouplement. Le dispositif d'accouplement selon l'invention est défini par la revendication 1. Un résultat de l'invention est le fait que le serrage s'exerce uniformément sur toute la longueur du manchon pour éviter de marquer la pièce et qu'aucun élément du dispositif ne subit de déformation permanente, ce qui permet de le monter et de le démonter un grand nombre de fois sans affecter ses propriétés de rétention et d'étanchéité.
Les dessins annexés représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'objet de l'invention.
La figure 1 est un schéma des relations qui existent entre le coefficient de frottement et la force nécessaire pour obtenir une force de rétention donnée.
La figure 2 est une coupe longitudinale du dispositif d'accouplement avant son serrage.
La figure 3 est une coupe longitudinale illustrant la première phase du serrage.
La figure 4 est une coupe longitudinale illustrant la seconde phase du serrage.
La figure 5 est une coupe longitudinale illustrant la configuration finale du dispositif d'accouplement.
La figure I indique la relation qui existe entre le coefficient de frottement et la force nécessaire pour obtenir certaines propriétés de rétention. Ainsi, pour un coefficient de frottement voisin de l'unité (ce qui correspond en pratique à une adhésion mécanique des pièces en contact), il suffit d'une force relativement faible pour empêcher le glissement. En augmentant la surface de contact et la force appliquée de façon à maintenir une même pression de serrage, on peut obtenir les mêmes propriétés de rétention avec un coefficient de frottement inférieur à 0,2. Dans ce cas, la force totale
appliquée est nécessairement beaucoup plus grande, comme indiqué schématiquement par la ligne verticale de la figure 1.
Le dispositif de l'invention utilise un mécanisme de conversion de force qui transforme le mouvement linéaire d'un élément en un effort de serrage radial. Ce mécanisme comprend une bague d'appui 1 qui est en contact avec un élément d'application de force 2, généralement un écrou, dont la poussée axiale est transmise par la bague d'appui à une bague élastique 3 dont la configuration de repos est plane. La bague élastique 3 entoure un manchon de serrage 4 dont la section longitudinale est calculée comme une poutre rigide assurant une répartition uniforme de la pression de contact. Extérieurement, le manchon 4 comporte une surface conique qui coopère avec la bague élastique 3. Pendant la première phase du serrage (figure 3), le manchon 4 est resserré radialement autour de la pièce à fixer 5 jusqu'à ce qu'il entre légèrement en contact avec sa surface extérieure.
Pendant ce temps, la bague élastique 3 s'est déplacée axialement en glissant sur la surface conique du manchon jusqu'à un point où le glissement n'est plus possible. Pendant la seconde phase (figure 4), la bague élastique 3 se déforme par une torsion et sa section, qui était initialement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la pièce 5, s'incline dans le sens du mouvement (ou éventuellement en sens inverse). La bague d'appui I comporte de préférence une surface de contact inclinée sur laquelle la bague élastique 3 vient se plaquer. Le manchon de serrage 4 répartit uniformément la pression produite par la bague élastique 3 sur toute la surface de contact de la pièce 5. Le manchon 4 est de préférence fendu longitudinalement.
Dans les applications qui nécessitent en plus l'étanchéité du joint, le manchon de serrage 4 est de préférence muni d'un nez rapporté 6 de matière souple. Le nez 6 comporte une surface extérieure convexe qui coopère avec une surface inclinée d'un bloc fixe 7 sur lequel se visse l'écrou 2. Le nez 6 comporte également une surface intérieure de contact avec la pièce 5, cette surface étant divisée en deux parties au moins par une ou plusieurs gorges annulaires.
Dans certaines applications, il est souhaitable d'assurer un guidage précis de la bague d'appui 1 à l'intérieur de l'écrou 2.
Pour cela, I'écrou 2 et la bague 1 peuvent avoir des surfaces de contact inclinées dans un sens ou dans l'autre, comme indiqué schématiquement sur la figure 5 pour la bague 1.
Le fait d'employer une bague élastique plane (lorsqu'elle n'est pas contrainte) et une bague d'appui rigide permet d'obtenir la force de serrage nécessaire avec un couple minimal de l'écrou 2. De plus, cette force de serrage localisée est uniformément répartie par le manchon 4 sur toute la surface de contact de la pièce 5. Les dimensions du manchon 4 sont évidemment calculées en fonction des propriétés de rétention désirées.
La surface inclinée de la bague d'appui 1 sur laquelle la bague élastique 3 vient se plaquer pendant le serrage du dispositif permet de déterminer le degré de torsion de la bague élastique, et par conséquent la force totale de serrage exercée sur la pièce à fixer 5.
Quand l'application ne nécessite pas d'étanchéité, par exemple dans le cas d'un arrêt de câble, on peut supprimer le nez rapporté 6.
Le mode de réalisation décrit et illustré ne concerne qu'une application particulière de l'invention. Dans ce dispositif, un mouvement axial est communiqué à une bague élastique plane, de préférence par l'intermédiaire d'une bague d'appui, la bague élastique étant en contact avec une surface inclinée d'un manchon de serrage. Sous l'effet de la force axiale, la bague élastique subit une déformation dont la réaction est communiquée au manchon qui vient serrer la pièce à fixer avec une pression uniformément répartie. Pour réaliser un assemblage étanche, il suffit d'ajouter une partie souple à l'avant du manchon de serrage, de façon que ladite partie coopère avec une surface inclinée fixe pour être comprimée contre la surface adjacente de la pièce à fixer.
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CLAIMS
Device for coupling mechanical parts comprising a contact element (4) which is arranged around one of the parts to be coupled (5), an elastic ring (3) which cooperates with the external surface of the contact element for produce a radial clamping force, a force application element (2) which is linearly displaceable relative to the second part to be coupled (7), this axial movement causing a deformation of the elastic ring (3) around the contact element (4) so that it comes to tighten the first part to be coupled (5), said device being characterized in that the elastic ring (3), when it is not stressed, is essentially flat and perpendicular to the longitudinal axis of the first part to be coupled (5),
and assumes a conical configuration when pushed onto the outer surface of the contact element (4) by the linear movement of the force application element (2).
2. Device according to claim 1, characterized in that a support ring (1) is interposed between the force application element (2) and the elastic ring (3), said support ring having a conical contact surface on the side of the elastic ring (3), said elastic ring deforming so as to come to rest on the conical surface of the support ring under the effect of the linear force of the application element of force (2).
3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the longitudinal section of the wall of the contact element (4) is dimensioned like a rigid beam to uniformly distribute the clamping force which is exerted at the point where the deformed elastic ring bears on the outer surface of the contact element, so that the clamping pressure is uniformly distributed over the entire contact surface of the first part to be coupled (5).
4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a support ring (1) is interposed between the force application element (2) and the elastic ring (3), the contact surface of the support ring and the force application element (2) being conical in one direction or the other to ensure automatic centering of the support ring.
5. Device according to any one of claims I to 4, characterized in that the end of the contact element (4) furthest from the force application element (2) is provided with a removable part (6) which forms a convex surface opposite the first part to be coupled (5), so as to cooperate with an oblique surface of the second part (7) so that the opposite surface of the removable part (6 ) is applied sealingly against the adjacent surface of the first part to be coupled (5) when the contact element (3) is moved axially.
6. Device according to claim 5, characterized in that the removable part (6) is made of a flexible material which is compressed between the conical surface of the second part (7) and the external surface of the first part to be coupled (5) .
7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that the surface of the removable part (6) which comes into contact with the first part to be coupled (5), is divided into at least two contact surfaces separated by one or several grooves transverse to the direction of axial movement.
The present invention relates to devices for coupling mechanical elements of solid, semi-solid or hollow section, such as bars, shafts, tubes, wires, etc.
There are a large number of devices for coupling two mechanical elements, either by a permanent connection, for example by welding, or by a temporary connection. This is particularly the case for the various pipe connection systems, axle couplings, fixing of wires or cables, etc.
The obvious disadvantage of a permanent connection is the fact that the elements cannot be disassembled without deterioration if the need arises. However, known coupling devices also have the drawback of producing a more or less significant plastic and / or mechanical deformation of the fixed parts. This deformation reduces the resistance of the joint to vibration and pressure and limits the number of assemblies and disassemblies which can be carried out with the same coupling device while retaining the properties of the joint.
The present invention relates to the development of a coupling without deformation of the type described in Swedish patent No. 7,201,305-1 (publication number: 372,607).
In this patent, the coupling device comprises a frustoconical elastic ring which is twisted or otherwise deformed around the peripheral surface of a tubular element. The elastic ring serves as a force converter to produce a radial clamping effect on the tubular element on one of the parts to be coupled. This device is characterized by the fact that the frustoconical elastic ring is deformed towards a constrained position to produce the radial tightening effect necessary for fixing the part. The tubular element may have a cylindrical or conical outer surface on which the elastic ring exerts a localized force which produces the clamping effect. The workpiece clamping pressure is maximum at the point where the elastic ring presses and decreases towards the two longitudinal ends.
To obtain a tight seal, two conical surfaces in mutual contact are used and there is a risk that the sharp edge of the front end of the tubular element will print in the clamped part.
The object of the present invention is to improve this type of coupling. The coupling device according to the invention is defined by claim 1. A result of the invention is the fact that the clamping is exerted uniformly over the entire length of the sleeve to avoid marking the part and that no element of the device does not undergo permanent deformation, which makes it possible to assemble and disassemble it a large number of times without affecting its retention and sealing properties.
The accompanying drawings show by way of nonlimiting example an embodiment of the subject of the invention.
FIG. 1 is a diagram of the relationships which exist between the coefficient of friction and the force necessary to obtain a given retention force.
Figure 2 is a longitudinal section of the coupling device before tightening.
Figure 3 is a longitudinal section illustrating the first phase of tightening.
Figure 4 is a longitudinal section illustrating the second phase of tightening.
Figure 5 is a longitudinal section illustrating the final configuration of the coupling device.
Figure I shows the relationship between the coefficient of friction and the force required to obtain certain retention properties. Thus, for a coefficient of friction close to unity (which corresponds in practice to a mechanical adhesion of the parts in contact), it suffices for a relatively weak force to prevent sliding. By increasing the contact surface and the force applied so as to maintain the same clamping pressure, the same retention properties can be obtained with a coefficient of friction less than 0.2. In this case, the total force
applied is necessarily much larger, as shown schematically by the vertical line in Figure 1.
The device of the invention uses a force conversion mechanism which transforms the linear movement of an element into a radial tightening force. This mechanism comprises a support ring 1 which is in contact with a force application element 2, generally a nut, the axial thrust of which is transmitted by the support ring to an elastic ring 3 whose rest configuration is plane. The elastic ring 3 surrounds a tightening sleeve 4 whose longitudinal section is calculated as a rigid beam ensuring a uniform distribution of the contact pressure. Externally, the sleeve 4 has a conical surface which cooperates with the elastic ring 3. During the first tightening phase (FIG. 3), the sleeve 4 is tightened radially around the part to be fixed 5 until it enters slightly in contact with its outer surface.
During this time, the elastic ring 3 has moved axially by sliding on the conical surface of the sleeve to a point where sliding is no longer possible. During the second phase (Figure 4), the elastic ring 3 is deformed by a twist and its section, which was initially perpendicular to the longitudinal axis of the part 5, tilts in the direction of movement (or possibly in the opposite direction ). The support ring I preferably comprises an inclined contact surface on which the elastic ring 3 is pressed. The clamping sleeve 4 distributes the pressure produced by the elastic ring 3 uniformly over the entire contact surface of the part 5. The sleeve 4 is preferably split longitudinally.
In applications which also require sealing of the seal, the clamping sleeve 4 is preferably provided with an attached nose 6 of flexible material. The nose 6 has a convex outer surface which cooperates with an inclined surface of a fixed block 7 on which the nut 2 is screwed. The nose 6 also has an inner contact surface with the part 5, this surface being divided into two parts at least by one or more annular grooves.
In certain applications, it is desirable to ensure precise guidance of the support ring 1 inside the nut 2.
For this, the nut 2 and the ring 1 can have contact surfaces inclined in one direction or the other, as shown diagrammatically in FIG. 5 for the ring 1.
The fact of using a flat elastic ring (when it is not constrained) and a rigid support ring makes it possible to obtain the required tightening force with a minimum torque of the nut 2. In addition, this force localized tightening is uniformly distributed by the sleeve 4 over the entire contact surface of the part 5. The dimensions of the sleeve 4 are obviously calculated according to the desired retention properties.
The inclined surface of the support ring 1 on which the elastic ring 3 is pressed during the tightening of the device makes it possible to determine the degree of torsion of the elastic ring, and consequently the total clamping force exerted on the part to be fixed. 5.
When the application does not require sealing, for example in the case of a cable stop, the attached nose can be omitted 6.
The embodiment described and illustrated relates only to a particular application of the invention. In this device, an axial movement is communicated to a flat elastic ring, preferably by means of a support ring, the elastic ring being in contact with an inclined surface of a tightening sleeve. Under the effect of the axial force, the elastic ring undergoes a deformation the reaction of which is communicated to the sleeve which comes to clamp the part to be fixed with a uniformly distributed pressure. To make a tight assembly, it suffices to add a flexible part to the front of the clamping sleeve, so that said part cooperates with a fixed inclined surface to be compressed against the adjacent surface of the part to be fixed.