FR2591295A1

FR2591295A1 - Detachable hub coupling to shaft

Info

Publication number: FR2591295A1
Application number: FR8617772A
Authority: FR
Inventors: Herbert Depping
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1985-12-11
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1987-06-12
Anticipated expiration: 2006-12-11
Also published as: FR2591295B1; DE8534764U1

Abstract

The detachable coupling transmits torque between a shaft and hub, having a clamping member expanded by a pressurised medium, and acting radially outwards against the seat face of the hub on the shaft. The expanding member (4) is mounted coaxially inside the shaft (1), on which the hub (2) is mounted directly. It can be in the form of an independent component consisting of inner and outer halves, with a pressure chamber, a passage leading from the latter to the outside, and a sealing device for the passage.

Description

La présente invention est du domaine de la mécanique et elle a pour objet une disposition de couplage séparable ou amovible entre un arbre et un moyeu, le couplage résultant de l'effet d'une pression dont la chute annule l'action de couplage. The present invention is in the field of mechanics and its subject is a separable or removable coupling arrangement between a shaft and a hub, the coupling resulting from the effect of a pressure, the fall of which cancels the coupling action.

Une disposition de couplage de ce type est connue par le brevet DE OS 27 07 530. Une liaison fixe en rotation reposant sur un flottement se produit par le fait que l'on a inséré entre l'arbre et un alésage du moyeu un manchon cylindrique de couplage. Le manchon de couplage comporte une chambre cylindrique intérieure, un canal reliant de ladite chambre à l'extérieur, un bouchon obturant ledit canal, la chambre intérieure étant placée sous une forte pression interne. Par la déformation qui se produit, c'est-à-dire le gonflement radial du manchon de couplage, une forte pression apparaît aussi bien sur la surface extérieure de l'arbre que sur l'alésage dans le moyeu, cette pression permettant une transmission par frottement d'un moment de rotation. L'action de couplage est annulée en décomprimant la chambre intérieure, par exemple en arrêtant par contrainte le bouchon en cas de dépassement du moment de rotation autorisé et décalage angulaire du moyeu par rapport à l'arbre, comme cela est connu par le brevet DE-OS 29 23 902.. A coupling arrangement of this type is known from patent DE OS 27 07 530. A fixed rotation connection based on a floating occurs by the fact that a cylindrical sleeve has been inserted between the shaft and a bore of the hub. of coupling. The coupling sleeve has an inner cylindrical chamber, a channel connecting from said chamber to the outside, a plug closing off said channel, the inner chamber being placed under strong internal pressure. By the deformation that occurs, that is to say the radial swelling of the coupling sleeve, a high pressure appears both on the outer surface of the shaft and on the bore in the hub, this pressure allowing transmission by friction of a torque. The coupling action is canceled by decompressing the interior chamber, for example by forcing the stopper by constraint in the event of exceeding the authorized torque and angular offset of the hub relative to the shaft, as is known from the DE patent. -OS 29 23 902 ..

Sous l'effet de la pression interne dans le manchon de couplage, le moyeu exprime, respectivement selon son façonnage, une augmentation de diamètre différent. Le manchon de couplage constitue un élément radialement déformable ou flexible entre l'arbre et le moyeu. Dans les cas d'utilisation dans lesquels des forces radiales puissantes peuvent agir sur le moyeu, par exemple dans le cas de laminoirs, cela peut donner des imprécisions géométriques défavorables par déformation élastique. Par conséquent, le manchon de couplage subit pendant la rotation un effort permanent dynamique. Si le manchon de couplage se compose d'une partie intérieure et d'une partie extérieure qui sont reliées à leur extrémité par des cordons Under the effect of the internal pressure in the coupling sleeve, the hub expresses, respectively according to its shaping, an increase in different diameter. The coupling sleeve constitutes a radially deformable or flexible element between the shaft and the hub. In cases of use in which strong radial forces can act on the hub, for example in the case of rolling mills, this can give unfavorable geometric inaccuracies by elastic deformation. Consequently, the coupling sleeve undergoes a permanent dynamic force during rotation. If the coupling sleeve consists of an inner part and an outer part which are connected at their end by cords

de soudure, il peut se produire une fatigue et une rupture de la soudure et ainsi une suppression de la transmission. welding, fatigue and rupture of the weld may occur and thus suppression of transmission.

Le but de la présente invention est de proposer un couplage évitant les inconvénients décrits ci-dessus et permettant des dimensions moins importantes. The object of the present invention is to propose a coupling avoiding the drawbacks described above and allowing smaller dimensions.

Ce but est atteint grâce à une disposition de couplage de l'invention, caractérisé d'une manière générale en ce que le couplage est assuré par un élément de couplage déformable par pression, en ce que l'élément déformable de couplage engendre sous l'effet de la pression une force agissant radialement de l'intérieur de la partie de l'arbre constituant le siège du moyeu, en ce que l'élément déformable est disposé coaxialement à l'intérieur de l'arbre et en ce que le moyeu est monté directement sur l'arbre. This object is achieved thanks to a coupling arrangement of the invention, generally characterized in that the coupling is ensured by a coupling element deformable by pressure, in that the deformable coupling element generates under the effect of pressure a force acting radially from the inside of the part of the shaft constituting the seat of the hub, in that the deformable element is arranged coaxially inside the shaft and in that the hub is mounted directly on the shaft.

Suivant une première forme de réalisation, l'élément de couplage est conformé en une partie indépendante par construction, composée d'une partie extérieure et d'une partie intérieure délimitant entre elles une chambre à expansion pouvant être expansée par le moyen de la pression, un canal reliant la chambre à l'extérieur, un dispositif de fermeture permettant la fermeture du canal ; de préférence l'arbre comporte à son extrémité un alésage coaxial à l'axe de rotation, dans lequel peut être inséré l'élément de couplage ; de préférence, le dispositif de fermeture est disposé, en vue de l'établissement de la pression dans la chambre à expansion, sur le côté apparent de l'élément de couplage logé à l'extrémité de l'arbre ; de préférence enfin, la profondeur (t) de l'alésage coaxial de l'arbre destiné à loger l'élément de couplage est plus importante que la longueur axiale du moyeu (b) et que la longueur axiale (s) de l'élément de couplage. According to a first embodiment, the coupling element is shaped into an independent part by construction, composed of an external part and an internal part delimiting between them an expansion chamber which can be expanded by means of pressure, a channel connecting the chamber to the outside, a closing device allowing the closing of the channel; preferably the shaft has at its end a bore coaxial with the axis of rotation, into which the coupling element can be inserted; preferably, the closing device is arranged, for the purpose of establishing the pressure in the expansion chamber, on the visible side of the coupling element housed at the end of the shaft; preferably finally, the depth (t) of the coaxial bore of the shaft intended to accommodate the coupling element is greater than the axial length of the hub (b) and than the axial length (s) of the element of coupling.

Suivant une seconde forme de réalisation de l'invention, une partie extérieure de l'élément de couplage est formée par l'arbre portant le moyeu tandis qu'une partie intérieure est insérée dans l'alésage According to a second embodiment of the invention, an outer part of the coupling element is formed by the shaft carrying the hub while an inner part is inserted in the bore

coaxial de l'arbre dont la surface cylindrique extérieure délimite, avec la surface cylindrique intérieure de l'alésage, une chambre à expansion pouvant être expansée par le moyen de la pression, ladite partie intérieure étant un cylindre fermé par un fond et ayant son bord apparent solidaire par soudure du bord de l'alésage de l'arbre. coaxial of the shaft whose external cylindrical surface defines, with the internal cylindrical surface of the bore, an expansion chamber which can be expanded by means of pressure, said internal part being a cylinder closed by a bottom and having its edge apparent secured by welding the edge of the shaft bore.

Suivant une autre caractéristique générale de l'invention, le dispositif de fermeture comprend un bouchon de transmission de la pression, ce bouchon pouvant être retiré par un organe solidaire du moyeu à savoir un flasque lorsque se produit un écart en rotation entre l'arbre et le moyeu, le retrait du bouchon ayant pour effet de décomprimer la chambre à expansion. According to another general characteristic of the invention, the closure device comprises a pressure transmission plug, this plug being able to be removed by a member secured to the hub, namely a flange when a rotational difference occurs between the shaft and the hub, the removal of the plug having the effect of decompressing the expansion chamber.

Ainsi, alors que dans les dispositions antérieures, l'organe de couplage est disposé entre l'arbre et le moyeu et que la totalité du moment de rotation doit être transmise à travers lui, un organe de couplage est, dans le cas de l'invention, prévu à un endroit où il ne sert pas d'appui à une charge dynamique : l'élément de couplage gonflable par la pression intérieure se trouve à l'intérieur de l'arbre. Lorsque la pression est établie dans la chambre de pression, l'arbre est expansé radialement et est comprimé contre l'alésage du moyeu, une transmission indirecte du moment de rotation étant rendue possible entre les éléments jointifs de l'arbre et du moyeu. Ainsi, les avantages suivants sont atteints. Thus, while in the previous arrangements, the coupling member is disposed between the shaft and the hub and the entire moment of rotation must be transmitted through it, a coupling member is, in the case of the invention, provided at a place where it does not serve as a support for a dynamic load: the coupling element inflatable by internal pressure is located inside the shaft. When the pressure is established in the pressure chamber, the shaft is radially expanded and is compressed against the bore of the hub, an indirect transmission of the torque being made possible between the contiguous elements of the shaft and the hub. Thus, the following advantages are achieved.

Les parties formant l'élément de couplage ainsi que la soudure devant être rendue étanche contre une haute pression interne, sont seulement statiques. La déformation résultant de la force radiale du moment de rotation n'a pas lieu dans l'élément de couplage gonflé par la pression interne, mais dans l'arbre. Le frottement a lieu entre l'arbre et le moyeu aux deux surfaces qui y participent, alors que dans les réalisations antérieures, quatre surfaces participent à 1 a transmission par frottement du moment de rotation. De plus, dans la réalisation de l'invention, la soudure n'est pas soumise à une effort de cisaille- The parts forming the coupling element as well as the weld to be sealed against high internal pressure are only static. The deformation resulting from the radial force of the moment of rotation does not take place in the coupling element inflated by the internal pressure, but in the shaft. The friction takes place between the shaft and the hub at the two surfaces which participate in it, whereas in the previous embodiments, four surfaces participate in the friction transmission of the moment of rotation. In addition, in carrying out the invention, the weld is not subjected to a shear force.

ment résultant de l'action du moment de rotation et aucun déplacement radial relatif entre le moyeu et l'arbre n'a lieu par déformation élastique radiale d'une partie intermé- diaire. Grâce au montage direct du moyeu sur l'arbre, le moyeu peut être dimensionné de façon plus économique. ment resulting from the action of the moment of rotation and no relative radial displacement between the hub and the shaft takes place by radial elastic deformation of an intermediate part. Thanks to the direct mounting of the hub on the shaft, the hub can be dimensioned more economically.

La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite des formes préférées de réalisation, en relation avec les figures de la planche unique-annexée, dans laquelle : - la fig. 1 représente une coupe longitudinale d'une disposition de couplage conforme à l'invention, et - la fig. 2 représente une coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation avec un manchon de couplage inséré dans l'arbre et comportant une sécurité de surcharge. The present invention will be better understood and details will be apparent from the description which will be given of the preferred embodiments, in relation to the figures of the single appended sheet, in which: FIG. 1 shows a longitudinal section through a coupling arrangement in accordance with the invention, and - FIG. 2 shows a longitudinal section of another embodiment with a coupling sleeve inserted in the shaft and comprising an overload safety device.

Sur les deux figures, les parties identiques sont représentées avec les mêmes références. In the two figures, the identical parts are shown with the same references.

Sur la fig. 1, l'extrémité apparente est celle d'un arbre , sur lequel est disposé un moyeu 2, par exemple : une roue dentée, un cylindre ou une bride, et sur lequel un moment de rotation doit être transmis. L'arbre 1 comporte un alésage axial 3, dans lequel un manchon de couplage 4 est inséré. In fig. 1, the apparent end is that of a shaft, on which a hub is disposed 2, for example: a toothed wheel, a cylinder or a flange, and on which a moment of rotation must be transmitted. The shaft 1 has an axial bore 3, into which a coupling sleeve 4 is inserted.

Celui-ci est constitué d'une partie extérieure 5 et d'une partie intérieure 6, qui sont liées de façon compacte par des soudures 7 par exemple. Entre la partie extérieure 5 et la partie intérieure 6 se trouve une chambre étroite 8, connue en elle-même, et représentée élargie pour la clarté du dessin. Une vis de fermeture 10 obture un canal 9 d'amenée de pression. Le gonflement des parois de la chambre assure la liaison par frottement entre l'arbre et le moyeu. This consists of an outer part 5 and an inner part 6, which are compactly linked by welds 7 for example. Between the outer part 5 and the inner part 6 is a narrow chamber 8, known in itself, and shown enlarged for clarity of the drawing. A closing screw 10 closes a pressure supply channel 9. The swelling of the walls of the chamber ensures the friction connection between the shaft and the hub.

Dans certains cas d'utilisation, il peut être nécessaire de modifier la position axiale du moyeu 2 sur l'arbre 1 lors du montage. Cependant, pour assurer une fixation sûre, il est avantageux de prévoir une profondeur t de l'alésage 3 plus importante que la longueur axiale b du moyeu 2 et la In certain use cases, it may be necessary to modify the axial position of the hub 2 on the shaft 1 during assembly. However, to ensure secure attachment, it is advantageous to provide a depth t of the bore 3 greater than the axial length b of the hub 2 and the

longueur s du manchon de serrage 4. Comme on peut le constater sur la moitié supérieure de la fig. l, lors du montage du moyeu 2 près de l'extrémité apparente de l'arbre, le manchon de serrage 4 peut également être enfoncé dans l'alésage 3 à une profondeur la plus favorable à l'appui de l'arbre sur le moyeu. A cette fin, une bague 11 est disposée au fond de l'alésage 3 d'espacement. Dans la moitié inférieure de la fig. l, le moyeu 2 est représenté éloigné du côté apparent et le manchon de couplage 4 est enfoncé jusqu'au fond de l'alésage 3. Il est également représenté une disposition selon laquelle l'arbre 1 peut être traité comme arbre creux, aJors qu'il est représenté comme arbre plein dans la moitié supérieure de la figure. L'écart axial entre le manchon de couplage 4 et le fond de l'alésage 3 peut, dans chaque cas, avoir l'avantage de créer à l'extrémité tubulaire de l'arbre 1 une zone transitoire favorable au couplage entre la partie massive de l'arbre et sa partie se trouvant sous pression interne en regard du moyeu 2 monté sur lui. length s of the adapter sleeve 4. As can be seen in the upper half of FIG. l, when mounting the hub 2 near the apparent end of the shaft, the clamping sleeve 4 can also be inserted into the bore 3 to a depth most favorable for the support of the shaft on the hub . To this end, a ring 11 is disposed at the bottom of the spacing bore 3. In the lower half of fig. l, the hub 2 is shown remote from the apparent side and the coupling sleeve 4 is pressed to the bottom of the bore 3. There is also shown an arrangement according to which the shaft 1 can be treated as a hollow shaft, when 'it is represented as a solid tree in the upper half of the figure. The axial distance between the coupling sleeve 4 and the bottom of the bore 3 can, in each case, have the advantage of creating at the tubular end of the shaft 1 a transient zone favorable to coupling between the solid part of the shaft and its part being under internal pressure opposite the hub 2 mounted on it.

Sur la fig. 2, une forme de réalisation de l'invention est représentée avec un manchon de couplage intégré à l'arbre 1. L'extrémité en forme de tube de l'arbre 1 est traitée elle-même comme partie extérieure 5 du manchon 4, à laquelle une partie intérieure 6, conformée en tube 12 avec un fond 13, est insérée et est reliée par une soudure unique 7. La chambre 8 pouvant être expansible par le moyen de la pression, est formée par la surface cylindrique intérieure de l'alésage 3 et la surface extérieure de la partie intérieure 6 et est, comme cela est connu, en relation avec le bouchon 10 par un canal 9. L'avantage de ce mode de réalisation réside dans le fait que les parties peuvent être assemblées avec une grande précision et qu'il n'y a seulement qu'une soudure, ce qui permet une diminution du coût. In fig. 2, an embodiment of the invention is shown with a coupling sleeve integrated into the shaft 1. The tube-shaped end of the shaft 1 is itself treated as the outer part 5 of the sleeve 4, with which an inner part 6, shaped into a tube 12 with a bottom 13, is inserted and is connected by a single weld 7. The chamber 8 which can be expandable by means of pressure, is formed by the inner cylindrical surface of the bore 3 and the outer surface of the inner part 6 and is, as is known, in relation to the plug 10 by a channel 9. The advantage of this embodiment lies in the fact that the parts can be assembled with a large precision and there is only one weld, which reduces the cost.

La disposition de la fig. 2 comporte en outre un flasque 14 d'extrémité, solidaire du moyeu 2 et s'étendant vers l'axe jusqu'au niveau de bouchon 10 ; le flasque comporte une lumière dans laquelle fait saillie The arrangement of fig. 2 further comprises an end plate 14, integral with the hub 2 and extending towards the axis up to the plug level 10; the flange has a light in which protrudes

le bouchon. Si, par suite du dépassement du moment de rotation admissible, il se produit un décalage angulaire entre l'arbre et le moyeu, le flasque entrainera]'ouverture du bouchon, la décompression de la chambre 8 et, finalement l'interruption du couplage. Cette disposition de sécurité peut aussi bien être appliqué au mode de construction de la fig. l. cap. If, as a result of exceeding the permissible moment of rotation, an angular offset occurs between the shaft and the hub, the flange will cause the opening of the plug, the decompression of the chamber 8 and, finally, the interruption of the coupling. This safety arrangement can also be applied to the construction method of FIG. l.

Bien que l'on ait décrit et représenté des formes particulières de réalisation d'un moyen de couplage conforme à l'invention, il doit être compris que la portée de cette dernière n'est pas limitée à ces formes mais qu'elle s'étend à toute disposition de couplage comportant, prises séparément ou en combinaison, les caractéristiques générales énoncées plus haut. Although particular embodiments have been described and shown of a coupling means according to the invention, it should be understood that the scope of the latter is not limited to these forms but that it is extends to any coupling arrangement comprising, taken separately or in combination, the general characteristics set out above.

Claims

REVENDI c ATI o NS CLAIMS 1.-Removable coupling arrangement between a shaft and a hub, intended for the transmission of a rotational moment, characterized: in that the coupling is ensured by a coupling element deformable by pressure , in that the deformable coupling element generates under the effect of pressure a force acting radially from the inside of the part of the shaft constituting the seat of the hub, in that the deformable element (4) is arranged coaxially inside the shaft (1), and in that the hub (2) is mounted directly on the shaft (1); 2.-coupling arrangement according to claim 1, characterized: in that the coupling element (4) is shaped into an independent part by construction, composed of an external part (5) and a inner part (6) delimiting between them an expansion chamber (8) which can be expanded by means of pressure, a channel (9) connecting the chamber (8) to the exterior, a closing device (10) allowing the closure of the channel; 3. - coupling arrangement according to claim 2, characterized: in that the shaft (1) has at its end a bore (3) coaxial with the axis of rotation, into which the coupling element (4); 4.-coupling arrangement according to claim 3, charac-

terized: in that the closure device (10) is arranged, for the purpose of establishing the pressure in the expansion chamber, on the visible side of the pressure coupling element in the expansion chamber on the visible side of the coupling element (4) housed at the end of the shaft (1); 5. - coupling device according to claim 4, characterized: in that the closure device (10) comprises a pressure transmission plug, this plug being able to be removed by a member secured to the hub, namely a flange (14) when there is a rotational difference between the shaft (1) and the hub (2), the withdrawal of the plug having the effect of

decompress the expansion chamber (8); 6.-coupling arrangement according to any one of claims 3 to 5, characterized: in that the depth (t) of the coaxial bore (3) of the shaft (1) intended to house the coupling element (4) is greater than the axial length (b) of the hub and than the axial length (s) of the coupling element (4); 7.-coupling arrangement according to claim 1, characterized: in that an outer part of the coupling element is formed by the shaft (1) carrying the hub (2), and in that a inner part is inserted in the coaxial bore (3) of the shaft (1) whose outer cylindrical surface defines, with the inner cylindrical surface of the bore (3), an expansion chamber (8) which can be expanded by the

by means of pressure, said inner part being a cylinder closed by a bottom (13) and having its apparent edge secured by welding (7) to the edge of the bore of the shaft (1).