FR2490300A1 - Joint d'articulation - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN JOINT D'ARTICULATION NOTAMMENT UTILISE POUR LES MOTEURS D'ATTAQUE HELICOIDAUX POUR LE FORAGE DE PUITS. LE JOINT D'ARTICULATION COMPORTE DEUX DEMI-MANCHONS CYLINDRIQUES 15, 16 RELIES CINEMATIQUEMENT ENTRE EUX PAR DES GALETS 18, LOGES DANS UNE CAGE CYLINDRIQUE 17. SELON L'INVENTION, DES EVIDEMENTS 19 SONT PRATIQUES SUR DES FACES OPPOSEES L'UNE A L'AUTRE DES DEMI-MANCHONS 15, 16. UNE CAGE 17 EST LOGEE AVEC UN JEU DANS LESDITS EVIDEMENTS. DANS LA CAGE 17 ET LES DEMI-MANCHONS 15, 16 SONT MENAGES DES ORIFICES RADIAUX SENSIBLEMENT COAXIAUX 22, 23 DANS LESQUELS SONT PLACES DES GALETS 18 AVEC DES JEUX, LES DEMI-MANCHONS ETANT ALORS POURVUS D'UN DISPOSITIF 25 DESTINE A MAINTENIR DES GALETS 18 DANS LES ORIFICES 22, 23. L'INVENTION S'APPLIQUE DANS LE DOMAINE DE LA TRANSMISSION DE MOUVEMENT NOTAMMENT DE GRANDS COUPLES MOTEURS ET D'EFFORTS AXIAUX IMPORTANTS.
Description
La présente invention concerne des accouplements fle-
xibles servant à transmettre la rotation entre les arbres
non coaxiaux et a notamment pour objet des joints d'arti-
culation. il est avantageux d'appliquer la présente invention à des moteurs d'attaque pour le forage des puits en tant qu'organe reliant un rotor en mouvement planétaire à un arbre d'un organe d'appui auquel est relié un outil de forage.
L'invention peut aussi être appliquée dans des turbo-
foreuses pour le forage incliné orienté destiné à la modifi-
cation de la direction du trou d'un puits pendant son forage.
Il est également possible d'utiliser l'invention dans
des pompes hélicoïdales.
Dans des moteurs d'attaque hélicoïdaux et dans des pompes-hélices, on 'u*tilise deux joints d'articulation reliés entre eux en série alors que dans le cas des turboforeuses pour le forage incliné orienté on n'utilise qu'un seul joint d'articulation.
L - Joints d'articulation utilisés dans des mécanis-
mes d'attaque doivent transmettre de grands couples moteurs et des efforts axiaux importants d'un organe de travail à
un organe d'exécution (par exemple, dans des moteurs d'atta-
que hélicoïdaux comprenant des organes de travail à plusieurs filets); le couple moteur atteint 4 000 à 5 000 Nm alors que les effori- È 5 aux sont de 100 à 150 kN. Selon l'autre
condition à laquelle doivent satisfaire les joints d'arti-
culation, la dimension de leur diamètre est strictement limitée du fait qu'il est nécessiare de disposer le moteur
d'attaque dans un puits.
On connait un joint flexible pour un moteur d'attaque hélicoïdal décrit dans le brevet d'invention des Etats-Unis d'Amérique nO 3260069. Ce joint comporte des raccords filetés
supérieur et inférieur auxquels sont reliés des segments tu-
bulaires sur lesquels sont pratiquées des saillies et des évidements aant uine fme telle qu'une saillie d'un segment s'engage dans l'évidement du segment voisin avec un certain jeu. Dans la partie centrale creuse sont placés des éléments d'écasrWe-- e.. u -: lcjemt ?h'é-ique, dans lequel est mis u-;
bouiet, est prévu sur les deux faces d'about de cal des-
dits élément. De l'extérieur, le joint flexible est protégé
par une enveloppe en un matériau élastique pour re+eir a nU-
brifiant dans le joint flexibles Les raccords filetés supéri- eur et inférieur sont reliés respectivement avec le rctcca= s
l'arbre de sortie du moteur.
La transm.issi.on du couple moteur par le joint flezible se fait par l'interaction des saillies des éléments tu.,buiaires C tendis que les efforts axiaux sont transmis par des éiLents
d'écartement et des boulets logés dans leurs logemeits.
Les jeux -antre les saillies des élements tubaies permettent à ces derniers de se déplacer angulairement l'un par rapport à l'autre ce qui contribue au joint la flexTibilité
requise. Toutefois, pendant le fonctionnemnent d' *i--c -nt fe-::i-
ble les saillies des segments glisoet cotiuieh:uc --
suiv-;rt l'autre ce qui aboutit, dans les conditions de hautes harges urita!rs des contacts, aux pertes par le frotaterent
et à l'usure de ces surfaces.
En outre, le frottement de glissement et l'usure ont lieu aussi à la transmission des efforts axiau:x par '_ter médiaire des élgments d'écartement du fait que les surfaces
de ces éléments se déplacent elles aussi avec un glissement.
On connaat aussi un joint d'articulation utilisé pour l'accouplement du rotor et de l'arbre de sortie dans le moteur d'attaque hélicordal (brevet d'invention des Etats-Unis d'Amérique n 3357208) qui comprend un demimanchon extérieur à denture intérieure, un demi-manchon à denture extérieure coopérant avec la denture intérieure du de:i--manchon extérieur, un tube reliant les demi-manchons intérieurs entre eux,un moyen transmettant des efforts axiaux et des garnitures d'éteuchit Le moyen transmettant des efforts axiaux comporte des tiges de butée fixées dans les demi-manchons extérieur et intérieur de manière que le point de contact des tiges de butée se trouvant
dans le plan passe par le milieu des dents.
Le gauchissement angulaire du dispositif se fait grâce aux jeux latéraux angulaires dans l'engrenage des demi-manc;s par l'intermédiaire duquel est transmis le couple moteur. Par suite d'un mouvement angulaire de précession du dispoitif, la transmission du couple moteur par l'intermédiaire des surfaces des dentures des demi-manchons est suivie de leur glissement
intensif et d'une usure des surfaces entrant en contact.
En outre, pendant le fonctionnement de l'engrenage avec gauchissement, la charge se repartit irrégulièrement
sur les dents des demi-manchons car les dents, qui se trou-
vent dans le plan perpendiculaire au plan de gauchissement, sont chargées plus fortement. Les mêmes dents entrent en contact suivant un bord provoquant ainsi leur déformation
et détérioration.
On connaît un autre joint d'articulation pour les moteurs d'attaque hydrauliques (cf. le brevet d'invention des Etats-Unis d'Amérique n0 4157022) comportant deux têtes à fourches entre lesquelles est placé un croisillon. Les axes,
dont un est exécuté en une seule pièce et l'autre est conti-
tué de deux parties, sont engagés dans les orifices des
fourches et le croisillon dans un sens mutuellement perpen-
diculaire. La transmission du couple moteur se fait grâce à
l'interaction des surfaces intérieures latérales de la four-
che avec les surfaces extérieures du croisillon ainsi que grâce à l'interaction des axes avec les surfaces des orifices pratiqués dans les fourches et dans le croisillon. Ce joint d'articulation est muni d'un système de graissage équipé d'un lubrificateur égalisant la pression du lubrifiant à l'intérieur des articulations et la pression de liquide se
trouvant à l'extérieur du joint d'articulation.
L'inconvénient de ce joint d'articulation réside en ce que le couple moteur et les efforts axiaux sont transmis par les surfaces des éléments qui se trouvent en glissement mutuel relatif ce qui conduit à unetEure rapide et à une
réduction de la durée de vie du joint d'articulation.
On connait aussi un joint d'articulation décrit dans
le livre de A.V.Krylov "Pompes à une seule vis", M., Gostop-
tekhizdat. 1962, p. 58, figure 41. Ledit joint d'articulation comporte deux demi-manchons cylindriques, une cage qui les embrasse et des galets. Des rainures longitudinales de section
cylindrique, dont les axes sont parallèles aux axes des demi-
249OsOO manchons et de la cage, sont pratiquées sur la surface extérieure des demi-manchons et sur la surface intérieure de la cage. Des galets cylindriques sont logés dans lesdites rainures entre le demi-manchon et la cage. Sur les faces d'about des demi-manchons sont pratiqués des logements d'une forme sphérique dans lesquels est placée une butée dont les
extrémités ont elles aussi une forme sphérique. Le gauchis-
sement angulaire du joint est obtenu grâce aux jeux entre les surfaces des parois des rainures et les galets. Le couple moteur est transmis à la suite de l'interaction des surfaces des rainures dans les demi-manchons et dans la cage et des galets logés dans ces rainures. Les efforts axiaux sont transmis d'un demi-manchon à l'autre par l'intermédiaire de
la butée.
L'inconvénient principal qu'on vient de noter en cas d'autres dispositifs décrits ci-dessus - glissement relatif des surfaces coopérantes- est propre également à ce joint
d'articulation. Pendant les mouvements oscillatoires angulai-
res (précession du joint d'articulation) les surfaces des rainures des demi-manchons se-déplacent suivant les surfaces des
galets le long de l'axe de ces dernières, le chemin de glis-
sement étant déterminé par la valeur de l'angle de gauchis-
sement du joint d'articulation et par la distance entre l'axe
du demi-manchon et la surface du galet.
L'autre inconvénient du joint d'articulation connu réside en.ce que sous l'action d'un couple de forces dirigées dans des sens opposés résultant du manchon mené et du manchon menant, les galets tendent à tourner de manière que leur axe
s'écarte des axes des rainures doe demi-manchons et de la cage.
Un contact des galets avec les surfaces des rainures suivant un bord engendré à la suite de cette position conduit à une usure rapide et à la détérioration des galets. Compte tenu de ces inconvénients on est obligé de limiter la capacité de
charge du joint d'articulation.
En outre, pendant le fonctionnement du joint d'arti-
culation mentionné, des efforts de coinçage sont engendrés
sur la cage du fait que la direction des forct flans le con-
tact du galet avec les surfaces des rainures ne coïncident pas avec la direction perpendiculaire au rayon tracé au
point de contact.
On s'est donc proposé de mettre au point un joint d'articulation caractérisé par une haute durée de vie, dont la conception fiable et simple permettrait de transmettre de grands couples moteurs et des efforts axiaux importants, les pertes par frottement entre les éléments d'accouplement
étant minimales.
Le problème posé est résolu à l'aide d'un joint d'articulation comportant deux demi-manchons cylindriques reliés cinématiquement entre eux par l'intermédiaire des galets montés. dans une cage cylindrique, caractérisé, suivant l'invention, en ce que sur les faces d'about antagonistes des demi-manchons sont pratiqués des évidements dans lesquels est installée avec un jeu une cage et que des orifices radiaux sensiblement coaxiaux sont ménagés dans la cage et dans les demi-manchons et que des galets sont montés dans lesdits
orifices avec un jeu, les demi-manchons étant munis d'un dis-
positif servant à retenir les galets dans les orifices.
La disposition radiale des galets dans les orifices pratiqués dans les demi-manchons et dans la cage et les jeux entre les galets et les parois des orifices et ceux entre
la cage et les évidements des demi-manchons assurent la pos-
sililité d'un gauchissement angulaire des demi-manchons du
joint d'articulation en cas de liaison des arbres non coaxiaux.
Dans ce cas, le mouvement oscillatoire (précession) d'un demi-
manchon par rapport à l'autre se produit lors du roulement relatif des galets suivant les parois des orifices de la cage et des demi-manchons et t caractérisé par des pertes minimales
par frottement.
Il est avantageux que le dispositif destiné à retenir les galets soit exécuté sous forme d'un capot monté avec un jeu de l'extérieur des demimanchons sur des garnitures élastiques.
Le jeu entre le capot et les demi-manchons et l'élas-
ticité des garnitures sur lesquels est monté le capot assurent au joint d'articulation la possiblité de mobilité angulaire alors que le montage du capot sur des garnitures élastiques isole l'enceinte intérieure du joint d'articulation du milieu environnant, previent la fuite de lubrifiant et empêche des particules abrasives et la boue de forage
de pénétrer à l'intérieur de ce joint d'articulation.
Il est aussi avantageux de réaliser un évidement sur la face d'about de chaque demi-manchon sous forme d'une rainure cylindrique annulaire ayant des parois extérieure et intérieure, d'exécuter la cage sous forme d'un cylindre creux monté avec-un jeu dans les rainures des demi-manchons, les orifices radiaux étant pratiqués tant dans la paroi extérieure que dans la paroi intérieure des rainures, et d'appuyer les galets montés dans celles-ci contre deux
parois de la rainure et la cage.
Grâce à ce mode de réalisation on previent le gauchis-
sement des galets et la transmission par ceux-ci des forces circonférencielles du couple moteur dans les directions qui
ne coïncident pratiquement pas avec les directions des per-
pendiculaires aux surfaces de contact. Ainsi, le couple moteur est transmis dans les meilleures conditions de contact et chaque galet est chargé symétriquement et a trois surfaces
de contact.
La cage prend automatiquement sa position par rapport aux parois extérieure et intérieure des rainures sous l'action
d'une charge grâce aux jeux alors que les galets se position-
nent eux-même dans les orifices radiaux de la cage et des demi-
manchons. Tout ceci permet d'augmenter la capacité de charge du joint d'articulation et d'assurer son fonctionnement aux hautes valeurs du couple moteur ainsi qu'une construction
compact et simple.
Du fait que pendant le mouvement le galet roule sur les parois des orifices de la cage et des demi-manchons le joint d'articulation possède une haute capacité de charge et est caractérisé par une fiablité élevée et une haute durée
de vie.
Selon un autre mode de réalisation du joint d'articula-
tion, l'évidement sur la face d'about du demni-manchon est
exécuté de manière qu'un bourrelet annulaire soit formé sui-
vant la périphérie du demi-manchon et dans chaque face d'about de la cage sont pratiquées des rainures annulaires formant deux parois entre lesquelles sont logés les bourrelets des demi-manchons; les orifices radiaux passent alors à travers les deux parois de la cage et le bourrelet et les galets montés dans ceux-ci s'appuient contre les deux parois de la rainure et le bourrelet. Cet mode de réalisation du joint d'aticulation possède
toutes les qualités positives décrites ci-dessus.
En outre, il est caractérisé par des avantages supplé-
mentaires-: une souplesse élevée du joint d'articulation assurée grâce à la modification de la forme des garnitures
élastiques du capot car on a augmenté le jeu entre la sur-
face intérieure du capot et la surface extérieure du demi-
manchon en diminuant le diamètre extérieur du demi-manchon, le diamètre de l'encombrement du joint d'articulation étant
gardé invariable sans abaisser sa capacité de charge.
Il est avantageux que les faces d'about des demi-
manchons possèdent dans leurs parties centrales de moyens pour la transmission des efforts axiaux d'un demi-manchon
à l'autre.
Ceci permet d'utiliser le joint d'articulation dans des conditions o on a besoin de transmettre simultanément le couple moteur et les efforts axiaux entre les arbres non coaxiaux, par exemple, dans des moteurs d'attaque hélicoïdaux, des pompes-hélices, des turboforeuses pour le forage incliné
orienté ou analogues.
Il est avantageux de réaliser les moyens pour la transmission des efforts axiaux sous forme de deux surfaces frontales d'about, entrant en contact, des demi-manchons dont
au moins une soit réalisée sphérique.
Ce mode de réalisation des surfaces d'about entrant en contact des demimanchons permet de décharger les galets de l'action des efforts axiaux et d'assurer le roulement mutuel
des surfaces d'appui des demi-manchons pendant leurs mouve-
ments oscillatoires angulaires.
Il est avantageux de réaliser les moyens pour la transmission des efforts axiaux d'un demi-manchon à l'autre
sous forme d'un coussinet monté entre les demi-manchons.
Le moyen pour la transmission des efforts axiaux entre les demi-manchons réalisé sous forme d'un coussinet
simplifie la fabrication du joint d'articulation.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci appara tront mieux à la
lumière de la description explicative qui va suivre de
différents modes de réalisation donnés uniquement à tfre d'exemples non limitatifs, faiteen référence aux dessins non limitatifs annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente d'une manière schématique un moteur d'attaque hélicoïdal avec coupe longitudinale partielle comportant les joints d'articulation conformes à l'invention; - la figure 2 représente un joint d'articulation en coupe longitudinale partielle suivant la ligne Il-II de la figure 1; - la figure 3 représente une coupe transversale d'un joint d'articulation suivant la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 montre en échelle agrandie une partie de la coupe transversale d'un joint d'articulation suivant la ligne III-III de la figure 2 avec un schéma des forces agissant sur le galet; - la figure 5 représente un mode de réalisation d'un joint d'articulation, avec une coupe longitudinale partielle; - la figure 6 représente une coupe transversale d'un joint d'articulation suivant la ligne VI-VI de la
figure 5.
Ci-après, on donne la description détaillée des
variantes de la réalisation concrète de l'invention appli-
quée dans les moteurs d'attaque hélicoïdaux bien que ceci
ne limite aucunement le domaine d'application de l'invention.
Avec succès, l'invention peut-être appliquée dans des pompes hélicoïdales dont le rotor est mis en mouvement planétaire ainsi que dans des turboforeuses pour le forage des puits
inclinés orientés par exemple.
La figure 1 représente un moteur d'attaque hélicol-
dal dans lequel sont utilisés des joints d'articulation con-
forme à l'invention. Le moteur d'attaque hélicoïdal 1 est relié par son extrémité supérieur au bout inférieur du
train de tiges 2 qui sort à l'extérieur du bru du puits.
Le moteur comporte une soupape de by-pass 3 destinée à remplir le train de tiges d'un liquide et à le vidanger pendant les opérations de descente et de relevage du train dans le puits. Un stator 4 est relié au corps de la soupape 3. A l'intérieur de ce stator est monté un rotor 5 dont l'axe est déplacé par rapport à l'axe du stator avec une exentricitéi Au bout inférieur du rotor 5 est relié un joint 6 à deux articulations comportant un joint d'articulation supérieur 7, une tige de raccordement 8 et un joint d'articulation inférieur 9. Les conceptions des joints d'articulation 7 et 9 sont identiques. Pour cette raison, on ne décrit que
la conception d'un de ces joints d'articulation.
Le Joint d'articulation inférieur 9 est lié à la partie supérieure d'un arbre creux 10, d'un organe d'appui 11 qui est muni de dispositifs pour recevoir des charges axiales et radiales engendrées pendant le fonctionnement du moteur au cours du forage d'un puits. Un outil de forage 12
est fixé au bout inférieur de l'arbre 10.
Le moteur fonctionne de la manière suivante.
La boue de forage refoulée par une pompe depuis la
surface de la terre par le train de tiges 2 passe à l'inté-
rieur de la soupape, pénètre dans le jeu entre le rotor 5 et le stator et met le rotor 5 en rotation. Depuis la partie inférieure du stator4, la boue de forage arrive dans le jeu le corps 13, le moteur et le joint à deux articulations 6 et parvient ensuite à travers l'orifice 14 dans l'enceinte intérieure de l'arbre 10 et débouche par l'outil de forage 12 vers le fond du trou, Ensuite, la boue de forage revient à la surface suivant l'espace annulaire entre la surface
extérieure du train de tiges 2 et la paroi du trou.
Il convient de noter que pendant le fonctionnement du moteur hélicoîdal le rotor 5 est déplacé constamment par
rapport à l'axe du stator 4 et effectue un mouvement plané-
taire alors que l'arbre 10 du moteur tourne à l'intérieur de l'organe d'appui d'une manière concentrique par rapport
à l'axe commun du moteur coincidant avec l'axe du stator4.
La transformation du mouvement planétaire du rotor 5 en rotation concentrique de l'arbre 10 est obtenue gréce à l'application d'un joint 6 a deux articulations comprenant des joints d'articulation 7 et 9 exécutés selon l'irn-ention. Les joints d'articulation 7 et 9 transmettent le couple moteur et l'effort axial résultant de l'action de la pression de la
boue de forage sur le roter 5.
Le joint d'articulation selon l'invention comporte deux demi-malchons cylindriques 15 et 16 (figure2), ue cage 17 sous forme d'un cylindre creux et des galets 18.Sur les faces d'about antagonistes des demi- manchons 15 et 16 sont exécutés des évidements 19 sous forme de rainures cylindriques annlulaireso Ces évidements possèdent des parois extérieure 20 et intérieure 21 respectivement tandis que la cage 17 est mounée dans lesdites
rainures doE demi-manchons avec des jeux. Dans les parois exté-
r.- ure 20 et intérieure 21 respectivement des demi-manchons et 16 et dans la cage sont ménagés des orifices redfi: sensiblement coaxialux 22 et 23 (figure 2, 3) dans lesquels sont montés des galets 18 avec des jeux de muniè^e u'i 's s'appuient sur les parois extérieure et intérieure 20 et 21 respectivement de la rainure et sur la cage en réalisant
ainsi la liaison cinématique entre les demi-manchlons 15 et 16.
Il convient de noter que dans les figures 2 et 3 les jeux entre la cage 17 et les parois 20 et 21 de la raeinure d.es demi-manchons ainsi qu'entre les galets 18 et les parois des orifices radiaux 22 et 23 sont représentés lorsoue le joint d'articulation est en état non chargé. Les valeurs desdits jeux sont choisies compte tenu de l'angle de gauchissementrb requis du joint d'artiolation. Après l'application d'un couple moteur à celui-ci les jeux mentionnés changeront de la manire
qu'on va décrire ci-après.
Les faces d'about 24 des galets 18 sont arrondies du
côté orienté vers la périphérie du joint d'articulation.
Il ressort de la figure 2 que les orifices radiaux 22 et 23 et les galets 18 logés dans ceux-ci sont disposés dnss un plan pour chaque demi-manchon 15 et 16. Il est bien évident qu'il est possible d'utiliser d'autre disposition des orifices 22 et 23 et des galets 18 dans la cage 17 et dans les demi-manchons 15 et 16; les orifices 22 et 23 dans chaque
demi-manchon 15 et 16 et dans la partie de la cage 17 en-
gagée dans sa rainure peuvent être disposés dans deux ou plus plans transversaux ou en quinconce. Le nombre de galets
18 montré sur la figure 3 n'est pas limité dans cette inven-
tion et est donné simplement à titre d'exemple. Leur nombre peut être supérieur ou inférieur à la valeur montré sur la figure 3 et est déterminé conformément aux conditions de fonctionnement du joint d'articulation. Il est avantageux de réaliser les galets 18 à partir d'un matériau d'une dureté supérieure à celle du matériau des demi-manchons 15 et 16
et de la cage 17.
A l'extérieur des demi-manchons 15 et 16 (figure 2) on a disposé un dispositif 25 servant à retenir les galets 18 dans les orifices 22 et 23, exécuté sous forme d'un
capot 26 monté avec des jeux radiaux par rapport aux demi-
manchons 15 et 16 sur des joints élastiques 27 et 28 montés entre les surfaces extérieures des demi-manchons 15 et 16 et la surface intérieure du capot 26, et montés avec un serrage préalable qui est assuré par la fixation des joints 27 et 28 à l'aide des disques 29 et 30 et des bagues d'arrêt 31 et 32. Il est préférable que les joints 27 et 28 soient réalisés avec une surface extérieure conique et que le capot 26 soit réalisé avec des alésages coniques correspondants pour assurer un serrage requis et simplifier l'assemblage et le désassemblage. Il est possible de fixer les garnitures élastiques 27 et 28 par d'autres modes, par exemple, en les
serrant par des écrous sur un filetage.
L'enceinte intérieure du joint d'articulation ainsi que tous les jeux entre ses éléments sont remplis d'une graisse consistante. Le capot 26 et les garnitures suppriment la fuite de la graisse de l'enceinte intérieure du joint d'articulation. En même temps, le capot 26 et les garnitures
27 et 28 protègent l'enceinte intérieure contre la pénétra-
tion des particules abrasives ou de la boue de forage dans
l'enceinte intérieure du joint d'articulation.
A ces parties centrales, les faces d'about des demi-
manchons 15 et 16 sont munis des moyens 33 servant à
transmettre les efforts axiaux d'un demi-manchon à l'autre.
Lesdits moyens 33 sont exécutés sous forme de deux surfaces frontales en contact des demi-manchons 15 et 16, au moins l'une d'elles, par exemple, celle du demi-manchon 15 est exécutée sphérique. Cette réalisation assure le roulement des surfaces frontales des demi-manchons 15 et 16 pendant des déplacements angulaires. Le rayon de la sphère est choisi de manière que lors d'un gauchissement angulaire maximal du joint d'articulation le point de contact des surfaces frontales ne soit pas situé au-delà des limites de la partie centrale des demi- manchons 15 et 16 et pour éviter le contact suivant un bord sur la limite de la sphère
et de l'évidement 19.
Le joint d'articulation décrit fonctionne de la manière suivante. Le demimanchon 15 (figure 2) est relié par son bout supérieur au rotor 5 d'un moteur d'attaque hélicoïdal, par exemple, à l'aide d'un filetage 34. Au bout inférieur du demi-manchon 16 on relie à l'aide du filetage 35 une tige de raccordement 6 liée par son extrémité opposée au joint d'articulation inférieur 9 (figure 1.). Il est bien évident que les conceptions des deux joints d'articulation 7 et 9
sont analogues à celle représentée sur la figure 2.
En cas d'un gauchissement du joint d'articulation pendant qu'il transmet un couple moteur et des efforts axiaux du rotor 5 (figure 1) à la tige de raccordement 6, les demi-manchons 15 et 16 (figure 2) tournent sous un angle grâce aux jeux entre la cage 17 et les parois de la rainure 20 et 21 ainsi qu'entre les galets 18 et les parois des orifices radiaux 22 et 23 des demi-manchons 15 et 16 et de la cage 17. Dans ce cas, les jeux mentionnés ci-dessus se repatissent de façon que les galets 18 (figure 4) s'appuient contre les deux parois de la rainure 20 et 21 et la cage 17
et ont trois surfaces de contact ce qui prévient le gauchis-
sement des galets 18. Comme il ressort du schéma illustré sur la figure 4, les galets 18 sont chargés par les forces P' P2 P3 agissant dans les directions qui coïncident pratiquement avec les directions des perpendiculaires aux surfaces de contact. Les galets fonctionnent comme poutre sur deux appuis lors du fléchissement symétrique. A la suite d'une différence insignifiante entre les diamètres des galets 18 et des orifices 22 et 23 en leur contact on assure un plus grand rayon de courbure et on diminue, par conséquent, les charges de contact. Pendant les mouvements oscillatoires angulaires des demi-manchons 15 et 16 grâce aux jeux entre les parois 20 et 21 des rainures7 des demi-manchons 15 et 16 et la cage 17, d'une part, et entre les galets 18 et les parois des orifices radiaux 22 et 23, d'autre part, la cage 17 se positionne elle- même par rapport aux parois extérieure 20 et intérieure 21 des rainures tandis que les galets se positionnent automatiquement eux-aussi dans les orifices radiaux 22 et 25 de la cage 17 et des demi-manchons et 16. Ceci assure l'égalisation des charges entre les éléments du joint d'articulation et l'élévation de la capacit,
du joint d'articulation aux hautes valeurs du couple moteur.
Pendant les mouvements oscillatoires angulaires des demi-
manchons 15 et 16, les galets 18 roulent suivant les parois des orifices 22 et 23 dans les demi-manchons 15 et 16 et dans la cage 17. Ceci contribue à la réduction des pertes par frottement et à l'élévation de la fiabilité et de la
longévité du joint d'articulation.
Le capot 26, monté à l'extérieur des demi-manchons et 16 (figure 2), prévient les déplacements radiaux des galets 18 suus l'action des forcescentrifuges dans la direction de l'axe du joint d'articulation. Dans ce cas, la forme arrondie des extrémités 24 des galets 18 empêche leur pénétration dans la surface intérieure du corps du
capot 26 tandis que les jeux entre les surfaces extérieu-
res des demi-manchons 15 et 16 et la surface intérieure du capot 26 et le montage du capot 26 sur des garnitures élastiques 27 et 28 assurent la réalisation des mouvements oscillatoires angulaires du joint d'articulation. La graisse consistante se trouvant à l'intérieur du joint d'articulation procure des conditions plus fa,.-orabltespour le fonctionnement
des surfaces entrant en contact des éléments du joint d'ar-
ticulation. La transformation des efforts axiaux agissant sur le joint d'articulation est réalisée grâce à l'interaction des surfaces frontales des demi-manchons 15 et 16 dont l'une au
moins est exécutée sphérique.
Les galets 18 sont déchargés de l'action des efforts axiaux pendant les mouvements oscillatoires angulaires du joint d'articulation, le mouvement mutuel des surfaces frontales d'appui des demi-manrchons 15 et 16 se réduit au
roulement de la sphère suivant un plan.
Dans un autre mode de réalisation du joint d'articu-
lation, conforme à l'invention, il comprend deux demi-
manchons cylindriques 36 et 37 (figure 5), une cage cylin-
drique 38 et des galets 39. Sur la face d'about de chaque demi-manchon 36 et 37 est pratiqué un évidement 40 de façon qu'un bourrelet 41 anulaire soit formé suivanlt la périphérie des demi-manchons 36 et 37. Dans chaque face d'about de la cage 38 sont pratiquees des rainures annulaires 42 formarnt deux parois 43 et 44 dans le corps de la cage 38. Les bourrelets 41 des demi-manchons 36 et 37 sont disposés entre des parois avec un jeu. Des orifices radiaux 45 et 46 (figures et 6) sont pratiqués dans les deux parois 43 et 44 de la cage 38 et dans les bourrelets 41 des demi-manchons 36 et 37 respectivement. Dans ces orifices sont montés des galets 39 avec un jeu de façon qu'ils s'appuient contre les deux parois
de la cage 38 et le bourrelet 41 des demi-manchons 36 et 37.
A l'extérieur des demi-manchons 36 et 37, on a monté un dispositif 47 servant à retenir les galets dans les orifices. Ce dispositif est exécuté sous forme d'un capot 48 monté sur des garnitures élastiques 49 placés sur les
demi-manchons 36 et 37.
La garniture 49 est exécutée sous forme d'une fourche étagée montée sur la partie cylindrique des demi-manchons 36 et 37. La garniture élastique 49 s'appuie contre in face d'about de la paroi extérieure 44 de la cage 38 et est immobilisée à l'intérieur du capot 48, par exemple, à l'aide
d'une rondell? 51 et d'une bague d'arrêt 52.
Pour que ce joint d'articulation puisse transmettre
des efforts axiaux, on a prévu, entre les surfaces fronta-
les des demi-manchons 36 et 37, un moyen pour la transmis-
sion des efforts axiaux d'un demi-manchon à l'autre. Ce moyen est exécuté sous forme d'un coussinet 53 avec des surfaces sphériques frontales qui coopèrent avec les surfaces
frontales des parties centrales des demi-manchons 36 et 37.
Il est préférable que la dimension axiale du cous-
sinet soit telle que le contact entre les surfaces frontales des demimanchons 36 et 37 et les surfaces sphériques du coussinet 53 ait lieu dans le plan passant par l'axe des
orifices radiaux 46 des demi-manchons 36 et 37.
Le dispositif réalisé selon cette variante pour la transmission des efforts axiaux est simple en fabrication et fiable en utilisation car le coussinet 53 peut être fabriqué
d'un matériau d'une dureté plus élevée que celle des demi-
manchons 36 et 37.
L'enceinte intérieure du joint d'articulation est remplie d'une graisse consistante qui est retenue à l'aide
d'un capot 48 et des garnitures élastiques 49.
En comparaison avec le mode de réalisation décrit
ci-dessus, ce mode de réalisation est caractérisé par l'avan-
tage résidant dans le fait qu'il possède une plus grande sou-
plesse grâce à la modification de la forme de là garniture élastique 49 et au procédé de sa fixation. Cet avantage est obtenu par l'augmentation du jeu radial entre la surface
intérieure du capot 48 et la surface extérieure des demi-
manchons 36 et 37 obtenue en diminuant le diamètre extérieur des demimanchons 36 et 37, le diamètre de l'encombrement du joint d'articulation étant identiquqisans diminution de la
capacité de charge du joint d'articulation.
Le joint d'articulation exécuté selon la deuxième variante de l'invention fonctionne d'une manière analogue
à la première variante décrite précédemment.
Les galets 39 entrent en contact suivant deux surfa ce avec deux parois de la cage 38 et suivant une surface avec
un bourrelet 41 du demi-manchon 36 et 37.
Comme il ressort de la description de l'invention,
le joint d'articulation conforme à l'invention possède une fiabilité élevée et une grande durée de vie par le fait au'il peut transmettre de grands couples moteurs et des efforts axiaux élevés avec des pertes minimales par frottement. Il est évident que les qualités positives du joint d'articulation élèVent la fiabilité et augmentent
la durée de vie des machines dans lesquelles ils Ont montés.
Par exemple, en l'utilisant dans un moteur d'attaque héli-
coïdal on assure le fonctionnement plus durable du moteur
d'attaque dans -le fond du puits sans le retirer pour sup-
primer les pannes des joints d'articulation ce qui permet de supprimer des opérations difficiles et coûteuses pour
le relevage et la descente d'un train de tiges.
En outre, on diminue les frais de réparation et de
transport de ces machines.
La conception du joint d'articulation est simple, la technologie de sa fabrication e'st facile et son entretien
* ne nécessite aucun personnel qualifié.
Les domaines d'application du joint d'articulation ne sont pas limités par les exemples décrits. Il peut être utilisé dans n'importe quelles madines et dispositifs
o on a besoin de relier des arbres non coaxiaux et s'entre-
croisant, surtout, en cas d'un haut niveau du couple moteur
et des efforts axiaux.
Claims (5)
1. Joint d'articulation comportant deux demi-manchons cylindriques (15, 16) reliés cinématiquement entre eux par
l'intermédiaire des galets (18) montés dans une cage cylin-
drique (17), c a r a c t é r i s é en ce que sur les faces
d'about antagonistes des demi-manchons (15, 16) sont prati-
qués des évidements (19) dans lesquels est installée une cage
(17) avec un jeu, que des orifices radiaux sensiblement coa-
xiaux (22, 23) sont ménagés dans la cage (17) et dans les demi-manchons (15, 16) et que des galets (18) sont montés dans lesdits orifices avec un jeu, les demi-manchons étant munis d'un dispositif (25) servant à retenir les galets
(18) dans les orifices.
2. Joint d'articulation selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que le dispositif (25) servant à retenir les galets (18) est exécuté sous forme d'un capot (26) monté avec un jeu à l'extérieur des demi-manchons (15,
16) sur des garnitures élastique (27, 28).
3. Joint d'articulation selon la revendication 1 ou 2, c a r a c t é r i s é en ce que l'évidement (19) sur la face d'about de chaque demi-manchon (15, 16) est exécuté sous forme d'une rainure cylindrique annulaire ayant des parois extérieure (20) et intérieure (21) tandis que la cage (17) est exécutée sous forme d'un cylindre creux monté avec un jeu dans les rainures des demi-manchons (15, 16), les orifices radiaux (15, 16) étant exécutés tant dans la paroi extérieure que dans la paroi intérieure, et que les galets (18) montés dans ceux-ci s'appuient contre les deux parois (20, 21) de la
rainure et contre la cage (17).
4. Joint d'articulation selon la revendication 1 ou 2 c a r a c t é r i s é en ce qu'un évidement est pratiqué dans la face d'about de chaque demimanchon (36, 37) de manière
qu'un bourreet (41) se forme suivant la périphérie du demi-
manchon et que dans chaque face d'about de la cage (38) sont ménagés des rainures annulaires (42) formant deux parois (43, 44) entre lesquelles sont logés les bourrelets respectifs des demi-manchons (36, 37) avec des jeux, les orifices radiaux (45, 46) passent alors à travers les deux parois de la cage (-,) et le bourrelet (41) tandis aue les galets (39) montés
dans ces orifices s'appuient contre les deux parois de la rai-
nure et le bourrelet (41) o Jo.nt d'articulation selon la revendication 3 ou 4 c a r a c t 6 r i s 6 en ce que les faces d'about des deLi- manchons (15, 16) sont munies, à leurs parties centrales, es moyens (33) servant à transmettre les efforts axiaux
d'un demiîmanchon à l'autre.
6. Joint d'articulation selon l'une des revendications
0 3 ou 5 c a r a c t é r i s é en ce tque les moyens (3f3) transmettPant les efforts axiaux d'un demi-manchon à l'autre sont's e...utés sous forme de deux surfaces frontales en contact des demi-manchons (15, 16), dont l'une au moins est exécutée sphérique. 7. Joint d'articulation selon la revendication 4 ou 5 c a r a c t é r i s é en ce que les moyens transmettant !s eú.rtIl s Yxiaux d'un demi-manchon à l'autre sont exécutés sous forme d'un coussiiut (53), monté entre les dei-manchons dont les faces d'about entrant en contact avec les demi-madias
(3f, 37) sont exécutées sphériques.
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| FR1410739A (fr) * | 1964-10-07 | 1965-09-10 | Robbins & Assoc James S | Arbres de forage constitués par des assemblages d'éléments |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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