FR2869654A1 - Assembling surface characteristics improving method for fitting sleeve, involves performing plastic deformation of fitting sleeve by displacing sleeve relative to shaft, to deform sleeve along zone near to tapered assembling surface - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé d'amélioration des caractéristiques d'uneThe invention relates to a method of improving the characteristics of a
surface d'assemblage d'un manchon de raccordement et d'un arbre de machine et un procédé d'assemblage du manchon et de l'arbre. assembly surface of a connecting sleeve and a machine shaft and a method of assembling the sleeve and the shaft.
Les machines tournantes, en particulier les machines électriques tournantes telles que les moteurs ou les alternateurs comportent généralement un arbre rotatif dont on doit assurer le raccordement à un élément en-traîné ou à un élément d'entraînement, par des moyens d'accouplement assurant la transmission d'un couple de rotation et/ou d'un effort axial entre l'arbre de la machine et les moyens entraînés ou les moyens d'entraîne- ment. Les moyens d'accouplement comportent généralement un manchon de raccordement ou un moyeu monté sur l'arbre et bloqué en rotation et en translation de manière que les efforts soient transmis sans glissement entre l'arbre et le manchon de raccordement ou le moyeu. Le blocage du manchon sur l'arbre peut être assuré par clavetage, en réalisant par usinage des rainures d'engagement d'une clavette sur l'arbre et sur le manchon de raccordement. Toutefois, ce mode d'accouplement présente l'inconvénient de nécessiter un usinage de rainures sur les éléments de l'accouplement, ce qui crée des concentrations de contraintes qui peuvent limiter les possibilités de transmission des efforts entre l'arbre et le manchon de raccordement. Rotating machines, in particular rotating electrical machines such as motors or alternators generally comprise a rotary shaft which must be connected to a trailing element or to a driving element, by coupling means ensuring the transmission of a rotational torque and / or axial force between the machine shaft and the driven means or drive means. The coupling means generally comprise a connecting sleeve or a hub mounted on the shaft and locked in rotation and in translation so that the forces are transmitted without sliding between the shaft and the connecting sleeve or the hub. Locking of the sleeve on the shaft can be ensured by keying, by machining key engagement grooves on the shaft and on the connection sleeve. However, this method of coupling has the disadvantage of requiring a machining of grooves on the coupling elements, which creates stress concentrations which can limit the possibilities of transmission of forces between the shaft and the connecting sleeve. .
Dans le cas où l'on doit transmettre des couples ou efforts élevés entre l'arbre et le manchon de raccordement, il est préférable de réaliser un assemblage par frettage du manchon sur une partie de l'arbre constituant une portée sur laquelle vient s'appliquer une surface d'assemblage interne du manchon, sous l'effet d'une contraction élastique du manchon sur le tron- çon de raccordement de l'arbre, avec une force de serrage élastique qui peut être prédéterminée. In the case where it is necessary to transmit high torques or forces between the shaft and the connecting sleeve, it is preferable to make an assembly by shrinking the sleeve on a portion of the shaft constituting a bearing on which applying an internal joining surface of the sleeve, under the effect of an elastic contraction of the sleeve on the connecting portion of the shaft, with a resilient clamping force which can be predetermined.
Le manchon comporte un alésage interne dont la surface constitue la surface d'assemblage du manchon qui est usinée de manière que le diamètre ou le diamètre moyen de l'alésage soit inférieur au diamètre ou au diamètre moyen de la portée du tronçon de raccordement de l'arbre. Pour réaliser l'assemblage du manchon et de l'arbre, on chauffe le manchon jusqu'à une température facilitant l'emmanchement et on exerce une force de direction axiale sur le manchon engagé sur l'arbre, la surface d'assemblage du manchon et la portée du tronçon de raccordement de l'arbre étant en coïncidence. Au refroidissement, le manchon se contracte et exerce des forces élastiques sur la portée de l'arbre assurant un assemblage permettant la transmission de couples ou d'efforts élevés. Un tel type d'assemblage est généralement désigné comme assemblage fretté ou assemblage par contraction. The sleeve has an internal bore whose surface constitutes the assembly surface of the sleeve which is machined in such a way that the diameter or the mean diameter of the bore is smaller than the diameter or the mean diameter of the span of the connection section of the sleeve. 'tree. To achieve the assembly of the sleeve and the shaft, the sleeve is heated to a temperature facilitating the fitting and an axial direction force is exerted on the sleeve engaged on the shaft, the assembly surface of the sleeve and the range of the connection section of the shaft being in coincidence. Upon cooling, the sleeve contracts and exerts elastic forces on the bearing surface of the shaft providing an assembly for transmitting torques or high forces. Such a type of assembly is generally referred to as a fretted assembly or a contraction assembly.
On connaît deux types d'assemblage par contraction suivant la forme de la surface externe de la portée de l'arbre et de la surface d'assemblage du manchon. Un premier type d'assemblage est réalisé sur portée cylindrique, la portée du tronçon de raccordement de l'arbre et la surface d'assemblage ayant une forme cylindrique. Un second type d'assemblage par contraction est réalisé sur portée conique, la surface extérieure de la portée de l'arbre et l'alésage du manchon de raccordement ayant une forme conique. Dans ce cas, la conicité de la portée de l'arbre et de l'alésage du man- chon est généralement comprise entre 2 % et 20 % et de préférence entre 5 % et 15 %. Les conicités les plus utilisées sont 10 % (dans 80 % des cas) et 5 %. Two types of contraction connection are known according to the shape of the outer surface of the bearing surface of the shaft and the assembly surface of the sleeve. A first type of assembly is carried out on a cylindrical surface, the bearing surface of the connection section of the shaft and the assembly surface having a cylindrical shape. A second type of contraction connection is made on a tapered bearing surface, the outer surface of the shaft seat and the bore of the connecting sleeve having a conical shape. In this case, the taper of the shaft span and the bore of the sleeve is generally between 2% and 20% and preferably between 5% and 15%. The most used conicities are 10% (in 80% of cases) and 5%.
Dans le cas d'un assemblage sur portée cylindrique, l'alésage cylindrique du manchon présente un diamètre inférieur au diamètre de la portée cylindrique et, dans le cas d'un assemblage sur portée conique, l'alésage du manchon présente un diamètre moyen inférieur au diamètre moyen de la portée conique de l'arbre. In the case of a cylindrical bearing assembly, the cylindrical bore of the sleeve has a diameter smaller than the diameter of the cylindrical bearing surface and, in the case of conical bearing assembly, the bore of the sleeve has a lower average diameter. at the average diameter of the conical bearing of the tree.
L'assemblage par contraction sur portée conique permet de réaliser un plus grand nombre de montages et de démontages de l'accouplement entre l'arbre et le manchon mais cette technique est beaucoup plus onéreuse, du fait qu'elle nécessite l'utilisation d'un plus grand nombre de pièces pour la mise en place et la fixation du manchon et que ces pièces doivent être réalisées avec des tolérances de fabrication plus exigeantes que dans le cas de l'assemblage sur portée cylindrique. En particulier, la surface de la portée conique de l'arbre et la surface d'assemblage constituée par l'alésage du manchon doivent être réalisées de manière que la conicité de ces surfa-ces soit identique et que les différences de diamètre des différentes parties de ces surfaces devant venir en contact soient déterminées avec une très grande précision. Conical bearing contraction allows a greater number of assembly and disassembly of the coupling between the shaft and the sleeve, but this technique is much more expensive, because it requires the use of a greater number of parts for the establishment and fixing of the sleeve and that these parts must be made with manufacturing tolerances more demanding than in the case of assembly on cylindrical bearing. In particular, the surface of the conical bearing surface of the shaft and the assembly surface formed by the bore of the sleeve must be made in such a way that the conicity of these surfaces is identical and that the differences in diameter of the different parts these surfaces to come into contact are determined with very great precision.
On utilise donc plus couramment des assemblages sur portée cylindrique qui ont toutefois l'inconvénient que, lors de démontages, il se produit des arrachements de matière sur la portée cylindrique de l'arbre et/ou sur la surface interne d'assemblage du manchon. II est alors nécessaire, avant d'effectuer un remontage du manchon, de remédier à l'arrachement de matière par un rechargement et une rectification de l'arbre et du manchon, ce qui se traduit par un coût élevé et une immobilisation plus longue de la ma- chine. Thus, it is more common to use assemblies with a cylindrical bearing which, however, have the disadvantage that, during disassembly, tearing occurs on the cylindrical bearing surface of the shaft and / or on the internal assembly surface of the sleeve. It is then necessary, before performing a reassembly of the sleeve, to remedy the tearing of material by a reloading and a rectification of the shaft and the sleeve, which results in a high cost and a longer immobilization of the machine.
Dans le cas des assemblages par contraction sur portée conique, le manchon dont la surface interne d'assemblage a été usinée soigneusement est chauffé jusqu'à une température d'assemblage puis engagé sur la portée conique de l'arbre qui a été également usinée de manière très soigneuse, puis le manchon est poussé dans la direction axiale sur l'arbre jusqu'à une position prédéterminée qui est définie à partir de la position d'engagement à froid du manchon sur l'arbre, c'est-à-dire la position du manchon telle que sa surface d'assemblage soit en contact avec la portée de l'arbre sans contrainte exercée entre le manchon et l'arbre qui sont à une même tempé- rature (généralement une température de service habituelle de la machine, par exemple 20 C). Le déplacement axial de montage du manchon à partir de la position à froid est défini par des calculs prenant en compte les contraintes élastiques que doit exercer le manchon sur l'arbre dans sa position d'assemblage, compte tenu du couple à transmettre. Le déplacement axial de montage du manchon est ainsi parfaitement défini. In conical bearing contraction assemblies, the sleeve whose inner assembly surface has been machined carefully is heated to an assembly temperature and then engaged on the conical bearing surface of the shaft which has also been machined. very carefully, then the sleeve is pushed in the axial direction on the shaft to a predetermined position which is defined from the cold engagement position of the sleeve on the shaft, i.e. the position of the sleeve such that its assembly surface is in contact with the unrestrained shaft bearing between the sleeve and the shaft which are at the same temperature (generally a normal service temperature of the machine, for example 20 C). The axial displacement of the sleeve assembly from the cold position is defined by calculations taking into account the elastic stresses that must exert the sleeve on the shaft in its assembly position, given the torque to be transmitted. The axial displacement of the sleeve assembly is thus perfectly defined.
Par exemple, dans le cas d'une surface d'assemblage et d'une portée conique ayant une conicité de 10 %, le déplacement axial de montage du manchon est égal à dix fois la contraction radiale calculée pour obtenir les contraintes de serrage voulues. For example, in the case of an assembly surface and a conical bearing having a taper of 10%, the axial mounting displacement of the sleeve is equal to ten times the calculated radial contraction to obtain the desired clamping stresses.
La fabrication plus onéreuse des pièces de l'accouplement, dans le cas d'un assemblage sur portée conique, limite ce type d'assemblage au matériel "haut de gamme" par exemple les moteurs de traction (pour les navires ou véhicules terrestre). The more expensive manufacture of the parts of the coupling, in the case of a conical bearing assembly, limits this type of assembly to "high-end" equipment, for example traction motors (for ships or land vehicles).
On a pu remarquer cependant que les tolérances d'usinage même très exigeantes ne peuvent garantir un serrage constant en tout point des surfaces en contact du manchon et de l'arbre, si bien que la pression de contact et les capacités de transmission de couple sont susceptibles d'être légèrement différentes des valeurs recherchées et variables d'un matériel à un autre. It has been observed, however, that the very demanding machining tolerances can not guarantee a constant tightening at all points of the contact surfaces of the sleeve and the shaft, so that the contact pressure and the torque transmission capacities are may be slightly different from the desired and variable values from one material to another.
En outre, si l'on désire augmenter les capacités de transmission de puissance d'un accouplement de machine, par exemple dans le cas d'une modification de la puissance de la machine, il est nécessaire de concevoir de nouveaux composants de l'accouplement qui seront réalisés en des matières ayant des caractéristiques supérieures, ce qui augmente encore le coût du système de transmission. In addition, if it is desired to increase the power transmission capabilities of a machine coupling, for example in the case of a change in the power of the machine, it is necessary to design new components of the coupling. which will be made of materials having higher characteristics, which further increases the cost of the transmission system.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé d'amélioration des caractéristiques d'une surface d'assemblage d'un manchon de raccor- dement suivant laquelle on assemble le manchon de raccordement à un arbre d'une machine, par contraction du manchon sur une portée conique de l'arbre, l'arbre comportant un tronçon de raccordement dont la surface ex- terne constitue la portée conique et le manchon, un alésage tronconique dont la surface interne constitue la surface d'assemblage du manchon, la portée conique de l'arbre et la surface d'assemblage du manchon ayant des conicités sensiblement égales et la surface d'assemblage du manchon présentant un diamètre moyen inférieur à un diamètre moyen de la portée conique de l'arbre et l'assemblage étant réalisé par emmanchement du manchon sur l'arbre dans une disposition coaxiale de la surface d'assemblage et de la portée conique, par déplacement relatif contrôlé dans la direction axiale commune du manchon et de l'arbre, à partir d'une position d'emmanchement à froid sans déformation du manchon sur l'arbre, sur une distance axiale de montage prédéterminée, de telle sorte que, dans la position d'emmanchement d'assemblage, le manchon exerce sur l'arbre des forces élastiques de contraction, ce procédé permettant d'obtenir une surface d'assemblage et une portée conique parfaitement concordantes ayant de très bonnes caractéristiques géométriques et mécaniques. The object of the invention is therefore to propose a method for improving the characteristics of an assembly surface of a connecting sleeve according to which the connection sleeve is assembled to a shaft of a machine, by contraction. of the sleeve on a conical bearing surface of the shaft, the shaft having a connection section whose external surface constitutes the tapered bearing surface and the sleeve, a frustoconical bore whose inner surface constitutes the assembly surface of the sleeve, the conical bearing surface of the shaft and the assembly surface of the sleeve having substantially equal conicities and the assembly surface of the sleeve having a mean diameter less than an average diameter of the conical bearing surface of the shaft and the assembly being realized by fitting the sleeve on the shaft in a coaxial arrangement of the assembly surface and the tapered bearing surface by controlled relative displacement in the common axial direction of the sleeve and the from a cold fitting position without deformation of the sleeve on the shaft, over a predetermined axial mounting distance, such that, in the assembly fitting position, the sleeve exerts on the This is a tree of elastic contraction forces which makes it possible to obtain a perfectly concordant joining surface and conical bearing surface having very good geometrical and mechanical characteristics.
Dans ce but, on réalise, préalablement à l'emmanchement d'assemblage du manchon sur l'arbre, un emmanchement d'adaptation, par déplacement contrôlé du manchon par rapport à l'arbre dans la direction axiale commune, sur une distance supérieure à la distance axiale de déplacement de montage, de telle sorte que le manchon soit déformé plastiquement suivant une zone adjacente à sa surface d'assemblage tronconique. For this purpose, it is realized, prior to assembly fitting of the sleeve on the shaft, an adaptation fitting, by controlled displacement of the sleeve relative to the shaft in the common axial direction, for a distance greater than the axial displacement distance of mounting, so that the sleeve is deformed plastically in an area adjacent to its frustoconical assembly surface.
Selon des modalités plus particulières qui peuvent être prises isolé-ment ou en combinaison: - on détermine la distance de déplacement relative du manchon et de l'arbre pour réaliser l'emmanchement d'adaptation et de déformation plastique par un calcul aux éléments finis permettant de régler la déformation plastique du manchon. According to more particular modalities which can be taken singly or in combination: the relative displacement distance of the sleeve and the shaft is determined in order to carry out the adaptation fitting and the plastic deformation by a finite element calculation allowing to adjust the plastic deformation of the sleeve.
- la distance de déplacement relative du manchon et de l'arbre pour réaliser l'emmanchement d'adaptation et de déformation plastique est évatuée de manière à réaliser une déformation plastique limitée de la surface d'assemblage du manchon pour améliorer ses caractéristiques géométriques et en particulier sa concordance avec la portée conique de l'arbre. - The relative displacement distance of the sleeve and the shaft to achieve the adaptation fitting and plastic deformation is evatée so as to achieve a limited plastic deformation of the assembly surface of the sleeve to improve its geometric characteristics and particular its concordance with the conical bearing of the tree.
- la température du manchon en peau, suivant sa surface d'assemblage est supérieure de 100 C à 380 C à la température de l'arbre, pendant l'emmanchement d'adaptation et de déformation plastique du manchon de raccordement sur la portée conique de l'arbre. the temperature of the skin sleeve, according to its assembly surface, is 100 ° C. to 380 ° C. higher than the temperature of the shaft, during the fitting and plastic deformation of the connecting sleeve on the conical bearing surface; the tree.
- on réalise un maintien du manchon de raccordement par rapport à l'arbre après l'emmanchement d'adaptation et de déformation plastique du manchon de raccordement par vissage d'un écrou sur une partie d'extrémité filetée de l'arbre, de manière à mettre en appui un rebord d'appui de l'écrou sur un épaulement du manchon de raccordement perpendiculaire à la direction axiale. the connection sleeve is held in relation to the shaft after the fitting and plastic deformation of the coupling sleeve by screwing a nut onto a threaded end portion of the shaft, so as to to support a support flange of the nut on a shoulder of the connecting sleeve perpendicular to the axial direction.
- on limite le déplacement axial du manchon de raccordement sur la portée conique de l'arbre, lors de l'emmanchement d'adaptation et de déformation plastique par une butée intercalée dans la direction axiale entre un épaulement de l'arbre et une extrémité axiale interne du manchon de raccordement dirigée vers l'arbre. the axial displacement of the connection sleeve is limited to the conical bearing surface of the shaft, during the adaptation fitting and plastic deformation by a stop interposed in the axial direction between a shoulder of the shaft and an axial end. internal of the connecting sleeve directed towards the shaft.
- après avoir réalisé l'emmanchement d'adaptation et de déformation plastique du manchon de raccordement sur la portée conique de l'arbre, on réalise la séparation du manchon de la portée conique de l'arbre par un film d'huile sous pression introduit entre la portée conique de l'arbre et la surface d'assemblage du manchon de raccordement. - After having achieved the adaptation fitting and plastic deformation of the connecting sleeve on the conical bearing surface of the shaft, the sleeve is separated from the conical seat of the shaft by a film of pressurized oil. between the conical bearing surface of the shaft and the connecting surface of the connecting sleeve.
L'invention est également relative à un procédé d'assemblage d'un manchon de raccordement et d'un arbre d'une machine dans lequel on ré-alise un manchon de raccordement ayant une surface d'assemblage améliorée séparé de l'arbre par le procédé de l'invention, on chauffe le manchon de raccordement ayant une surface d'assemblage améliorée à une température de montage et on réalise l'assemblage du manchon de raccordement et de l'arbre par emmanchement du manchon de raccordement ayant une surface d'assemblage améliorée sur la portée conique de l'arbre. The invention also relates to a method of assembling a connecting sleeve and a shaft of a machine in which a connecting sleeve is made with an improved assembly surface separated from the shaft by the method of the invention, the coupling sleeve having an improved assembly surface is heated to a mounting temperature and the connection sleeve and the shaft are assembled by fitting of the connecting sleeve having a surface of Improved assembly on the conical bearing of the shaft.
L'assemblage peut être réalisé suivant l'une des modalités suivantes: - on réalise l'assemblage du manchon par emmanchement par déplacement contrôlé du manchon de raccordement dans la direction axiale sur une distance supérieure à une distance axiale de déplacement de montage usuelle avec déformation élastique d'un manchon de raccordement à sur- face d'assemblage non améliorée. The assembly can be carried out according to one of the following modalities: the sleeve is assembled by fitting by controlled displacement of the connection sleeve in the axial direction over a distance greater than an axial displacement distance of usual assembly with deformation the elasticity of a connecting sleeve with an unimproved assembly surface.
- on réalise l'emmanchement d'assemblage du manchon de raccordement présentant une surface d'assemblage améliorée par déplacement du manchon de raccordement par rapport à l'arbre dans la direction axiale sur une distance égale à une distance axiale de déplacement de montage usuelle avec déformation élastique d'un manchon de raccordement à sur- face d'assemblage non améliorée. the joining sleeve of the connecting sleeve having an improved mounting surface is made by moving the connecting sleeve with respect to the shaft in the axial direction by a distance equal to an axial distance of usual mounting displacement with elastic deformation of a connecting sleeve with an unimproved assembly surface.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre d'exemple en se référant aux figures jointes en annexe, la mise en oeuvre du pro-cédé de l'invention sur un manchon d'accouplement d'un arbre de machine tournante et l'assemblage ultérieur du manchon sur l'arbre de la machine. In order to clearly understand the invention, reference will be made by way of example with reference to the appended figures, the implementation of the method of the invention on a coupling sleeve of a machine shaft. rotating and subsequent assembly of the sleeve on the shaft of the machine.
La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un tronçon d'extrémité de l'arbre à portée conique et d'un manchon de raccordement en position assemblée sur l'arbre par contraction sur la portée conique de l'arbre. Figure 1 is an axial sectional view of an end section of the conical bearing shaft and a connecting sleeve in the assembled position on the shaft by contraction on the conical bearing surface of the shaft.
La figure 2 est une vue en coupe axiale analogue à la vue de la figure 1 montrant le tronçon d'extrémité de l'arbre et le manchon de raccordement à l'issue d'un déplacement axial d'adaptation pour la mise en oeuvre du pro-cédé de l'invention. FIG. 2 is a view in axial section analogous to the view of FIG. 1, showing the end section of the shaft and the connecting sleeve after an axial displacement of adaptation for the implementation of FIG. pro-ceded the invention.
La figure 3 est une vue en coupe axiale du tronçon d'extrémité de l'arbre et du manchon de raccordement, dans une phase de démontage du manchon après mise en oeuvre du procédé de l'invention. Figure 3 is an axial sectional view of the end section of the shaft and the connecting sleeve, in a disassembly phase of the sleeve after implementation of the method of the invention.
Les figures 4A et 4B sont des courbes de traction du matériau du manchon de raccordement, dans une zone voisine de la surface d'assem- blage, avant et après la mise en oeuvre du procédé d'amélioration selon l'in- vention. FIGS. 4A and 4B are tensile curves of the material of the connection sleeve, in an area close to the assembly surface, before and after the implementation of the improvement method according to the invention.
Sur la figure 1, on voit un tronçon d'extrémité d'un arbre 1 d'une machine tournante (par exemple un moteur électrique de traction) et un manchon de raccordement 2 de l'arbre de machine 1 à un élément entraîné (par exemple un élément tournant d'un véhicule entraîné par le moteur de trac- tion) ou éventuellement à un élément d'entraînement. FIG. 1 shows an end section of a shaft 1 of a rotating machine (for example an electric traction motor) and a connection sleeve 2 of the machine shaft 1 to a driven element (by example a rotating element of a vehicle driven by the traction motor) or possibly to a driving element.
Le tronçon d'extrémité de l'arbre 1 comporte un tronçon de raccorde-ment 3 dont la surface externe 3a de forme tronconique constitue la portée conique de l'arbre auquel le manchon de raccordement 2 est assemblé par contraction. Dans le prolongement axial du tronçon de raccordement 3, l'arbre 1 comporte une extrémité filetée séparée du tronçon de raccordement 3 par une gorge. Un écrou 5 est engagé sur la partie filetée 4 de l'extrémité de l'arbre. The end portion of the shaft 1 comprises a connecting portion-ment 3 whose frustoconical outer surface 3a constitutes the conical bearing surface of the shaft to which the connecting sleeve 2 is assembled by contraction. In the axial extension of the connection section 3, the shaft 1 has a threaded end separated from the connection section 3 by a groove. A nut 5 is engaged on the threaded portion 4 of the end of the shaft.
Le manchon de raccordement 2 comporte, par exemple, un flasque 6 pouvant comporter des ouvertures traversantes pour la fixation du manchon de raccordement à un élément entraîné par l'arbre 1 de la machine électrique tournante et un alésage intérieur 7 d'axe 8 comportant une surface d'assemblage 7a de forme tronconique et une partie d'extrémité 7b de forme cylindrique. The connecting sleeve 2 comprises, for example, a flange 6 which may comprise through openings for fixing the connection sleeve to a member driven by the shaft 1 of the rotating electrical machine and an inner bore 7 of axis 8 having a frustoconical mounting surface 7a and a cylindrical end portion 7b.
Dans la position assemblée du manchon de raccordement 2 et de l'arbre 1 représentée sur la figure 1, l'arbre 1 et le manchon 2 sont dans des dispositions coaxiales, l'axe 8 étant commun à l'alésage 7 du manchon de raccordement 2 et à l'arbre 1. La surface d'assemblage 7a du manchon est en contact avec la surface externe du tronçon de raccordement 3 constituant la portée conique 3a et l'écrou 5 vissé sur la partie d'extrémité filetée 4 de l'arbre 1, à l'intérieur de la partie cylindrique 7b de l'alésage du manchon de raccordement 2, est en appui contre un épaulement du manchon 2 séparant la surface d'assemblage tronconique 7a de la partie cylindrique 7b. In the assembled position of the connecting sleeve 2 and the shaft 1 shown in FIG. 1, the shaft 1 and the sleeve 2 are in coaxial arrangements, the axis 8 being common to the bore 7 of the connection sleeve. 2 and to the shaft 1. The assembly surface 7a of the sleeve is in contact with the external surface of the connection section 3 constituting the conical bearing surface 3a and the nut 5 screwed onto the threaded end portion 4 of the shaft 1, inside the cylindrical portion 7b of the bore of the connecting sleeve 2, bears against a shoulder of the sleeve 2 separating the frustoconical joining surface 7a of the cylindrical portion 7b.
L'écrou 5 peut être maintenu en place par un dispositif de freinage comportant une plaque ou patère en contact avec la partie d'extrémité axiale de l'écrou, à l'opposé de sa surface d'appui sur le manchon 2, comportant des goupilles de positionnement qui sont introduites dans des ouvertures de l'écrou et une vis de serrage de direction axiale engagée dans une ouverture taraudée réalisée suivant l'axe de la partie d'extrémité 4 de l'arbre 1. The nut 5 can be held in place by a braking device comprising a plate or hook in contact with the axial end portion of the nut, opposite its bearing surface on the sleeve 2, comprising positioning pins which are inserted into openings of the nut and an axial direction clamping screw engaged in a threaded opening made along the axis of the end portion 4 of the shaft 1.
Sur la figure 1, on a représenté le déplacement de montage A du manchon 2 dans la partie d'extrémité du manchon 2 dirigée vers l'arbre 1, à l'opposé du flasque 6. La position figurée en F ou position à froid correspond à un emmanchement du manchon 2 sur la portée conique de l'arbre 1 de manière à mettre parfaitement en contact les surfaces coniques 3a et 7a, l'arbre 1 et le manchon de raccordement 2 étant à une même température qui peut être par exemple 20 C et le manchon de raccordement 2 n'étant pas soumis à un effort axial d'emmanchement. FIG. 1 shows the mounting displacement A of the sleeve 2 in the end portion of the sleeve 2 facing the shaft 1, opposite the flange 6. The position shown in F or cold position corresponds at a fitting of the sleeve 2 on the conical bearing surface of the shaft 1 so as to bring the conical surfaces 3a and 7a into perfect contact, the shaft 1 and the connecting sleeve 2 being at the same temperature which may be for example 20 C and the connecting sleeve 2 not being subjected to an axial fitting force.
La partie tronconique 7a de l'alésage 7 du manchon 2 constituant la surface d'assemblage présente un diamètre moyen (diamètre au niveau de sa partie médiane dans la direction axiale ou encore moyenne des diamètres de sa petite et de sa grande bases) inférieur au diamètre moyen de la portée conique de l'arbre 3a dans sa partie venant en contact avec la partie médiane de la surface d'assemblage 7a. The frustoconical portion 7a of the bore 7 of the sleeve 2 constituting the assembly surface has a mean diameter (diameter at its central portion in the axial direction or the mean diameter of its small and large bases) less than mean diameter of the conical bearing surface of the shaft 3a in its portion coming into contact with the median part of the joining surface 7a.
Pour réaliser le montage du manchon, selon un procédé usuel, on porte le manchon à une température de montage (par exemple de l'ordre de 300 C et plus généralement de 100 C à 380 C au-dessus de la température de l'arbre 1 qui est généralement à température ambiante) et on l'engage dans une disposition coaxiale sur l'extrémité de l'arbre, les surfaces coniques 3a et 7a ayant une même orientation et une même conicité et venant en contact, et on assure un déplacement axial du manchon par rapport à l'arbre, par exemple par enfoncement réalisé manuellement ou sous l'effet de la gravité dans le cas où l'axe de l'arbre et du manchon est vertical. Le déplacement axial de montage du manchon de raccordement 2 est réalisé avec une amplitude A, de manière qu'à la fin du déplacement, le manchon 2 soit dans sa position de montage représentée sur la figure 1. To carry out the mounting of the sleeve, according to a usual method, the sleeve is brought to a mounting temperature (for example of the order of 300 ° C. and more generally from 100 ° C. to 380 ° C. above the temperature of the shaft. 1 which is generally at room temperature) and is engaged in a coaxial arrangement on the end of the shaft, the conical surfaces 3a and 7a having the same orientation and the same conicity and coming into contact, and ensures a displacement axial axis of the sleeve relative to the shaft, for example by depression made manually or under the effect of gravity in the case where the axis of the shaft and the sleeve is vertical. The axial mounting displacement of the connecting sleeve 2 is achieved with an amplitude A, so that at the end of the displacement, the sleeve 2 is in its mounting position shown in FIG.
La distance de déplacement A est calculée de manière que, lorsque le manchon de raccordement est revenu à une température dite froide (par exemple de 20 C) identique à la température de l'arbre 1, la pression de la surface d'assemblage 7a du manchon sur la portée conique 3A, du fait de la contraction du manchon dans les directions radiales, soit suffisante pour as- surer un transfert de couple sans glissement entre l'arbre 1 et le manchon 2, lors de la mise en service de la machine tournante, pour assurer la mise en rotation d'un élément entraîné. La distance A est également calculée de manière que le manchon 2 soit déformé uniquement dans le domaine élastique et ne comporte aucune partie subissant une déformation plastique. La quali- té d'un tel mode d'assemblage dépend en particulier de la précision de réalisation de la portée conique 3a de l'arbre et de la surface d'assemblage 7a du manchon de raccordement 2. Cependant, même en mettant en oeuvre des méthodes d'usinage précises et coûteuses, il est très difficile d'obtenir des surfaces 3a et 7a parfaitement concordantes et présentant des caracté- ristiques géométriques constantes et précises. The displacement distance A is calculated so that, when the connecting sleeve has returned to a so-called cold temperature (for example 20 C) identical to the temperature of the shaft 1, the pressure of the assembly surface 7a of the sleeve on the conical bearing surface 3A, because of the contraction of the sleeve in the radial directions, is sufficient to ensure a non-slip torque transfer between the shaft 1 and the sleeve 2, during the commissioning of the machine rotating, to ensure the rotation of a driven element. The distance A is also calculated so that the sleeve 2 is deformed only in the elastic range and has no part undergoing plastic deformation. The quality of such a method of assembly depends in particular on the precision of realization of the conical bearing surface 3a of the shaft and of the joining surface 7a of the connecting sleeve 2. However, even when implementing precise and costly machining methods, it is very difficult to obtain perfectly matched surfaces 3a and 7a which have constant and precise geometrical characteristics.
Le procédé suivant l'invention permet d'améliorer très sensiblement les caractéristiques géométriques et mécaniques de la surface d'assemblage 7a du manchon. En particulier, à l'issue de la mise en oeuvre du pro-cédé de l'invention qui sera décrit ci-dessous, les surfaces 7a et 3a ont des formes et dimensions parfaitement concordantes. The method according to the invention makes it possible to very substantially improve the geometrical and mechanical characteristics of the assembly surface 7a of the sleeve. In particular, after the implementation of the process of the invention which will be described below, the surfaces 7a and 3a have perfectly matching shapes and dimensions.
Comme représenté sur la figure 2, pour la mise en oeuvre du procédé d'amélioration suivant l'invention, on réalise un emmanchement du manchon de raccordement 2 sur la portée conique 3 de l'arbre 1 avec une amplitude de déplacement B à partir de la position F (telle que définie précédemment), le déplacement axial B qui sera appelé par la suite déplacement d'adaptation étant sensiblement supérieur au déplacement de montage A défini précédemment. As shown in FIG. 2, for carrying out the improvement method according to the invention, the connecting sleeve 2 is fitted onto the conical seat 3 of the shaft 1 with a displacement amplitude B from the position F (as defined above), the axial displacement B which will be called subsequently adaptation displacement being substantially greater than the mounting displacement A defined above.
Le manchon de raccordement 2 présente des caractéristiques géométriques et dimensionnelles qui sont celles d'un manchon mis en oeuvre dans le procédé de montage usuel tel que décrit ci-dessus et le déplace-ment B (ou la position finale de l'extrémité du manchon dirigée vers l'arbre) est calculé en fonction de la conicité de la portée conique 3a et de la surface d'assemblage 7a, de manière qu'on produise une déformation plastique du métal du manchon de raccordement, dans une zone adjacente à la surface d'assemblage 7a, pendant l'emmanchement du manchon 2 suivant le déplacement d'adaptation B et éventuellement pendant le refroidissement et la contraction du manchon de raccordement 2. The connecting sleeve 2 has geometric and dimensional characteristics which are those of a sleeve used in the usual assembly method as described above and the displacement-B (or the final position of the end of the sleeve directed to the shaft) is calculated as a function of the conicity of the conical bearing surface 3a and the joining surface 7a, so as to produce a plastic deformation of the metal of the coupling sleeve, in an area adjacent to the surface 7a, during the fitting of the sleeve 2 according to the adaptation displacement B and possibly during the cooling and the contraction of the connecting sleeve 2.
La déformation plastique de la zone du manchon de raccordement adjacente à la surface 7a permet d'adapter parfaitement la surface d'assemblage 7a du manchon à la forme de la portée conique 3a et d'augmenter la limite élastique, la résistance mécanique et la dureté de la couche de métal déformée plastiquement à la périphérie interne de l'alésage du manchon de raccordement 2. The plastic deformation of the zone of the connecting sleeve adjacent to the surface 7a makes it possible to perfectly adapt the assembly surface 7a of the sleeve to the shape of the conical bearing surface 3a and to increase the elastic limit, the mechanical strength and the hardness of the metal layer plastically deformed at the inner periphery of the bore of the connecting sleeve 2.
Le calcul du déplacement B définissant les efforts exercés en fin de déplacement d'adaptation sur le manchon et sur l'arbre est réalisé par calcul aux éléments finis en utilisant un logiciel de calcul usuel tel que le logiciel ABAQUS. The calculation of the displacement B defining the forces exerted at the end of the adaptation displacement on the sleeve and on the shaft is carried out by finite element calculation using a usual calculation software such as the ABAQUS software.
Ce calcul tient compte du fait que les limites maximales des efforts exercés sur l'arbre ne doivent en aucun cas dépasser la limite élastique de l'arbre et la limite élastique du manchon de raccordement en dehors de sa couche interne soumise à la déformation plastique, lors du montage final ultérieur du manchon de raccordement. This calculation takes into account that the maximum limits of the forces exerted on the shaft must in no case exceed the elastic limit of the shaft and the elastic limit of the connecting sleeve outside of its inner layer subjected to plastic deformation, during the final final assembly of the connection sleeve.
On détermine également des limites minimales des efforts pour obtenir une déformation plastique couvrant au moins les tolérances d'usinage cumulées de l'arbre et de l'accouplement, pour avoir une adaptation parfaite des formes et dimensions de l'arbre et du manchon. Les limites inférieures des efforts sont également définies de manière qu'on puisse transmettre le couple maximal entre l'arbre et le système entraîné, par l'intermédiaire du manchon, en tenant compte de coefficients de sécurité. Minimum stress limits are also determined to obtain a plastic deformation covering at least the cumulative machining tolerances of the shaft and the coupling, in order to have a perfect adaptation of the shapes and dimensions of the shaft and the sleeve. The lower limits of the forces are also defined so that the maximum torque between the shaft and the driven system can be transmitted through the sleeve, taking into account safety factors.
On calcule par itération une valeur des contraintes de déformation plastique entre la plus basse des limites maximales et la plus haute des va-leurs minimales. It is calculated by iteration a value of the plastic deformation stresses between the lowest of the maximum limits and the highest of the minimum values.
On en déduit le déplacement d'adaptation B lors de la mise en oeuvre 5 du procédé de l'invention. The adaptation displacement B is deduced during the implementation of the method of the invention.
Les calculs sont effectués en prenant en compte la courbe de traction du matériau constituant le manchon (généralement de l'acier) ainsi que les caractéristiques géométriques détaillées du manchon pour déterminer sa raideur mécanique suivant ses différentes sections engagées sur la portée tronconique de l'arbre. The calculations are made taking into account the tensile curve of the material constituting the sleeve (generally steel) as well as the detailed geometrical characteristics of the sleeve to determine its mechanical stiffness according to its various sections engaged on the frustoconical bearing surface of the shaft. .
Sur les figures 4A et 4B, on a représenté la courbe de traction du matériau du manchon de raccordement dans sa zone adjacente à la surface d'assemblage, respectivement, au cours de la mise en oeuvre du procédé d'amélioration des caractéristiques de la surface d'assemblage suivant l'in- vention et après réalisation du procédé d'amélioration, lors d'un second emmanchement du manchon ayant subi le traitement d'amélioration. FIGS. 4A and 4B show the tensile curve of the material of the connection sleeve in its zone adjacent to the joining surface, respectively, during the implementation of the process for improving the characteristics of the surface. assembly of the invention and after completion of the improvement process, during a second fitting of the sleeve having undergone the improvement treatment.
Sur la figure 4A, on a représenté la courbe de traction T du matériau du manchon dans la zone adjacente à la surface d'assemblage, lors de la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La courbe de traction T qui représente la valeur de la contrainte de traction (en MPa) en fonction de l'allongement d'une éprouvette de traction est la courbe de traction du matériau du manchon (par exemple un acier). On a noté, sur l'axe des ordonnées, la limite élastique Re et la résistance mécanique Rm du matériau. Au cours du déplacement axial d'adaptation du manchon suivant la direction axiale, la contrainte exercée sur le matériau dans la zone adjacente à la surface d'assemblage se traduit par une déformation élastique tant que la contrainte est inférieure à la limite élastique Re. La partie de la courbe allant du point d'origine O (traction et allongement nuls) jusqu'au point T1 correspondant à la limite élastique Re est une droite traduisant la déformation élastique du ma- tériau. La partie de la courbe allant du point Ti au point T2 représente la déformation plastique du matériau du manchon dans la couche adjacente à la surface d'assemblage, pendant le déplacement du manchon suivant la distance de déplacement d'adaptation B, au-delà du déplacement de montage A. La partie de la courbe allant du point T2 au point T3 sur l'axe des abscisses représente le relâchement des contraintes lorsqu'on démonte le manchon de raccordement après refroidissement et contraction. La couche interne de l'alésage du manchon présente une déformation résiduelle représentée symboliquement sur la courbe de traction par le segment OT3. FIG. 4A shows the tensile curve T of the material of the sleeve in the zone adjacent to the assembly surface, during the implementation of the method according to the invention. The tensile curve T which represents the value of the tensile stress (in MPa) as a function of the elongation of a tensile specimen is the tensile curve of the material of the sleeve (for example a steel). The elastic limit Re and the mechanical resistance Rm of the material were noted on the ordinate axis. During the axial displacement of adaptation of the sleeve in the axial direction, the stress exerted on the material in the area adjacent to the assembly surface results in an elastic deformation as long as the stress is lower than the elastic limit Re. part of the curve from point of origin O (zero tensile and elongation) to the point T1 corresponding to the elastic limit Re is a line representing the elastic deformation of the material. The portion of the curve from the point Ti to the point T2 represents the plastic deformation of the sleeve material in the layer adjacent to the joining surface, during the displacement of the sleeve along the adaptation displacement distance B, beyond the mounting displacement A. The part of the curve from point T2 to point T3 on the abscissa represents the relaxation of the stresses when the connection sleeve is removed after cooling and contraction. The inner layer of the bore of the sleeve has a residual deformation symbolically represented on the traction curve by the segment OT3.
Comme il est visible sur la courbe de traction T' de la figure 4B, la couche interne du manchon présentant l'allongement rémanent OT3 développe une limite élastique R'e supérieure à la limite Re, de sorte que la couche interne de l'alésage du manchon voisine de la surface d'assemblage peut être soumise à des contraintes plus élevées que la couche interne avant le traitement suivant l'invention, sans subir de déformation plastique. As it is visible on the tensile curve T 'of FIG. 4B, the inner layer of the sleeve having the residual elongation OT3 develops an elastic limit R'e greater than the limit Re, so that the inner layer of the bore the sleeve adjacent to the assembly surface may be subjected to higher stresses than the inner layer before the treatment according to the invention, without undergoing plastic deformation.
On obtient ainsi un renforcement de la partie interne du manchon et une capacité supérieure de déformation élastique produisant un serrage accru du manchon sur la portée conique de l'arbre et une possibilité de transmission de couple de niveau plus élevé. This results in a strengthening of the inner portion of the sleeve and a greater capacity for elastic deformation resulting in increased clamping of the sleeve on the conical bearing surface of the shaft and a higher level of torque transmission capability.
La mise en oeuvre pratique du procédé suivant l'invention peut être réalisée comme représenté sur la figure 2. The practical implementation of the process according to the invention can be carried out as shown in FIG.
L'écrou 5 comporte, suivant une première face frontale perpendiculaire à l'axe 8, un rebord d'appui 5a dont les diamètres extérieur et intérieur sont supérieurs au diamètre minimal ou diamètre de la petite base de la sur-face d'assemblage 7a du manchon et au diamètre de la petite base de la portée conique 3a de l'arbre, de manière à venir en appui, lors de l'emman- chement du manchon de raccordement 2 sur l'épaulement de l'arbre 1 sépa- rant les parties 7a et 7b de l'alésage interne 7. The nut 5 comprises, in a first end face perpendicular to the axis 8, a bearing flange 5a whose outer and inner diameters are greater than the minimum diameter or diameter of the small base of the assembly surface 7a of the sleeve and the diameter of the small base of the conical bearing surface 3a of the shaft, so as to come into abutment, during the fitting of the connecting sleeve 2 on the shoulder of the separate shaft 1 the parts 7a and 7b of the internal bore 7.
L'écrou 5 comporte sur sa face opposée à la face comportant le bord d'appui 5a, un second bord d'appui 5b dont le diamètre extérieur et le diamètre intérieur sont inférieurs au diamètre minimal ou diamètre de la petite base de la surface d'assemblage 7a et de la portée conique 3a de l'arbre 1. L'écrou comporte, sur ses faces opposées, des perçages 9a et 9b pour l'engagement de doigts d'une clé de vissage et de dévissage de l'écrou. The nut 5 has on its face opposite to the face including the bearing edge 5a, a second bearing edge 5b whose outer diameter and inner diameter are smaller than the minimum diameter or diameter of the small base of the surface of the surface. assembly 7a and the conical bearing surface 3a of the shaft 1. The nut comprises, on its opposite faces, bores 9a and 9b for the engagement of fingers with a wrench for screwing and unscrewing the nut.
Pour la réalisation du déplacement d'adaptation du manchon de raccordement 2 sur la portée conique 3a de l'arbre 1, on place une butée 10 entre un épaulement 1 a de l'arbre 1 séparant la partie courante de l'arbre de la portée conique 3a, l'épaisseur de la butée 10 étant calculée de manière à arrêter le déplacement du manchon 2, lorsque sa surface d'extrémité interne est parvenue dans une position située à une distance B de la position à froid F égale au déplacement d'adaptation. For carrying out the adaptation movement of the connecting sleeve 2 on the conical bearing surface 3a of the shaft 1, a stop 10 is placed between a shoulder 1a of the shaft 1 separating the running part of the shaft from the bearing conical 3a, the thickness of the abutment 10 being calculated to stop the displacement of the sleeve 2, when its inner end surface has reached a position at a distance B of the cold position F equal to the displacement of adaptation.
On réalise le chauffage du manchon à la température de montage, on engage le manchon sur la portée conique 3a et on déplace le manchon 2 axialement sur l'arbre 1 jusqu'à la mise en appui de l'extrémité interne du manchon contre la butée 10. Le manchon s'est alors déplacé d'une distance d'adaptation B prédéterminée par rapport à la position d'assemblage à froid et sans contrainte F. Lors de son refroidissement jusqu'à la température de l'arbre 1, par exemple jusqu'à une température de 20 C, le manchon 2 se contracte et assure, par serrage de la surface d'assemblage 7a sur la portée conique 3a de l'arbre 1, une compression et unedéformation plastique de la couche interne de l'alésage 7 du manchon 2 adjacente à la surface d'assemblage 7a. L'écrou 5 en appui sur le manchon 2 empêche le manchon 2 de glisser sur l'arbre 1, lors de son refroidissement. Le manchon 2 est alors engagé et serré sur la portée conique 3a de l'arbre 1, avec une force de serrage et une déformation élastique supérieure à la force de serrage et à la déformation élastique dans une position de montage telle que représentée sur la figure 1. The heating of the sleeve is carried out at the mounting temperature, the sleeve is engaged on the conical bearing surface 3a and the sleeve 2 is moved axially on the shaft 1 until the end of the sleeve is brought into abutment against the stop 10. The sleeve has then moved by a predetermined adaptation distance B with respect to the cold and unconstrained assembly position F. During its cooling up to the temperature of the shaft 1, for example to a temperature of 20 C, the sleeve 2 contracts and ensures, by clamping the assembly surface 7a on the conical bearing surface 3a of the shaft 1, compression and plastic deformation of the inner layer of the bore 7 of the sleeve 2 adjacent to the assembly surface 7a. The nut 5 resting on the sleeve 2 prevents the sleeve 2 from sliding on the shaft 1, during its cooling. The sleeve 2 is then engaged and clamped on the conical bearing surface 3a of the shaft 1, with a clamping force and an elastic deformation greater than the clamping force and the elastic deformation in a mounting position as shown in FIG. 1.
Pendant le refroidissement du manchon engagé sur la portée conique de l'arbre dans la position d'emmanchement d'adaptation, la rétraction thermique du manchon doit être compensée en vissant l'écrou 5 de manière à maintenir la face d'extrémité interne du manchon contre la butée 10. During the cooling of the sleeve engaged on the tapered seat of the shaft in the adaptation fitting position, the thermal shrinkage of the sleeve must be compensated by screwing the nut 5 so as to maintain the inner end face of the sleeve against the stop 10.
Pour réaliser le démontage du manchon de raccordement 2 qui a été soumis au déplacement d'adaptation avec déformation plastique de sa cou- che interne, on dévisse l'écrou 5 en utilisant la clé de vissage et de dévissage et en chauffant légèrement l'écrou si nécessaire (dans le cas où son dévissage s'avère difficile du fait des contraintes exercées sur l'écrou). On retourne ensuite l'écrou face pour face et on place une rondelle d'amortis- sement en caoutchouc 12 contre sa face dirigée vers l'épaulement d'appui du manchon, autour du rebord 5b, comme représenté sur la figure 3. On ré- alise le vissage de l'écrou 5 sur la partie d'extrémité filetée 4 de l'arbre 1 jus-qu'à mettre en appui le rebord d'appui 5b de l'écrou contre l'épaulement de l'arbre 1 séparant la portée conique 3a de la partie filetée 4. In order to disassemble the connecting sleeve 2 which has been subjected to the adaptation movement with plastic deformation of its inner layer, the nut 5 is unscrewed using the wrench for unscrewing and unscrewing and slightly heating the nut. if necessary (in the case where its unscrewing proves difficult because of the stresses exerted on the nut). The face-to-face nut is then turned over and a rubber damping washer 12 is placed against its face facing the bearing shoulder of the sleeve, around the rim 5b, as shown in FIG. - Makes the screwing of the nut 5 on the threaded end portion 4 of the shaft 1 until it bears the support flange 5b of the nut against the shoulder of the shaft 1 separating the conical bearing surface 3a of the threaded portion 4.
Le manchon 2 comporte des canaux internes 13a, 13b et 13c d'amenée d'huile depuis une surface externe du manchon jusqu'à la surface d'assemblage 7a, chacun des canaux comportant un ajutage de branchement d'une conduite d'introduction d'huile sous pression. The sleeve 2 has internal oil supply channels 13a, 13b and 13c from an outer surface of the sleeve to the assembly surface 7a, each of the channels having a connecting nozzle of an introduction pipe. oil under pressure.
Comme il est visible sur la figure 3, on branche trois conduites d'introduction d'huile sous pression 14a, 14b, 14c sur les ajutages des canaux 13a, 13b et 13c et on envoie de l'huile sous forte pression dans les canaux de manière à créer un mince film d'huile sous pression entre la surface d'assemblage 7a du manchon 2 et la portée conique 3a de l'arbre 1. On sépare ainsi le manchon de la portée conique de l'arbre 1. La précontrainte du manchon serré sur l'arbre peut provoquer une éjection rapide du manchon dans la direction axiale vers l'extrémité de l'arbre. Dans ce cas, on évite tout ris-que du fait que l'écrou, en position retournée et comportant la rondelle d'amortissement 12, absorbe le choc du manchon et assure son arrêt. As can be seen in FIG. 3, three pressurized oil introduction lines 14a, 14b, 14c are connected to the nozzles of the channels 13a, 13b and 13c and high-pressure oil is sent into the pressure channels. so as to create a thin film of oil under pressure between the assembly surface 7a of the sleeve 2 and the conical bearing surface 3a of the shaft 1. The sleeve is thus separated from the conical bearing surface of the shaft 1. The prestressing of the sleeve tight on the shaft can cause rapid ejection of the sleeve in the axial direction towards the end of the shaft. In this case, it is avoided ris-that the nut, in the inverted position and having the damping washer 12, absorbs the shock of the sleeve and ensures its judgment.
De plus, pour éviter un coincement du manchon sur l'arbre par rebond sur la rondelle d'amortissement et l'écrou, après éjection, on fixe, sur la face frontale de l'écrou dirigée vers l'épaulement de l'arbre, un système d'arrêt ou anti-retour comportant des patins de blocage mobiles dans des directions radiales sous l'effet de ressorts. Le système anti-retour comporte, de préfé- rence, trois ensembles disposés à 120 l'un de l'autre autour de l'axe du manchon. Chaque ensemble comporte un support fixé sur la face frontale du manchon (par exemple par des vis) et un patin de blocage monté mobile dans une direction radiale par l'intermédiaire de tiges glissantes dans le support et repoussé vers l'axe du manchon par un ressort. Dans la position engagée du manchon sur l'arbre, le patin repose sur la surface externe de l'arbre. Dès qu'on a initié le désengagement axial du manchon, de manière telle que les patins ne soient plus en appui sur l'arbre, le retour du manchon vers l'épaulement de l'arbre est empêché par les patins qui ont été introduits, par déplacement radial sous l'effet des ressorts entre la face frontale de l'écrou et l'épaulement 1 a de l'arbre 1. Un tel système anti-retour est nécessaire, dans la mesure où la rondelle en caoutchouc 12 n'amortit que faible-ment le choc du manchon sur l'écrou, même si cette rondelle est remplacée à chaque démontage. In addition, to prevent jamming of the sleeve on the shaft by rebound on the damping washer and the nut, after ejection is fixed on the end face of the nut directed towards the shoulder of the shaft, a stop or anti-return system comprising locking pads movable in radial directions under the effect of springs. The anti-return system preferably comprises three assemblies arranged at 120 from one another about the axis of the sleeve. Each assembly comprises a support fixed on the front face of the sleeve (for example by screws) and a locking shoe mounted to move in a radial direction by means of sliding rods in the support and pushed towards the axis of the sleeve by a spring. In the engaged position of the sleeve on the shaft, the pad rests on the outer surface of the shaft. As soon as the axial disengagement of the sleeve has been initiated, so that the pads are no longer supported on the shaft, the return of the sleeve towards the shoulder of the shaft is prevented by the pads which have been introduced, by radial displacement under the effect of the springs between the front face of the nut and the shoulder 1 a of the shaft 1. Such a non-return system is necessary, insofar as the rubber washer 12 does not dampen weakly the impact of the sleeve on the nut, even if this washer is replaced at each disassembly.
Après séparation du manchon 2, celui-ci est de nouveau chauffé à la température de montage puis engagé sur l'arbre et déplacé axialement (de la même manière que dans le cas du déplacement axial d'adaptation représenté sur la figure 2), jusqu'à une position de montage finale, le déplace- ment de montage étant au moins égal au déplacement A assurant un serrage satisfaisant du manchon sur l'arbre pour la transmission de couples de valeurs prédéterminées, compte tenu de marges de sécurité. After separation of the sleeve 2, it is again heated to the mounting temperature and then engaged on the shaft and moved axially (in the same way as in the case of the axial displacement of adaptation shown in FIG. in a final mounting position, the mounting displacement being at least equal to the displacement A ensuring a satisfactory tightening of the sleeve on the shaft for the transmission of predetermined pairs of values, taking into account safety margins.
Comme indiqué plus haut, du fait du renforcement interne du manchon par déformation plastique (augmentation de la limite élastique Re), il est possible de réaliser le montage final du manchon de raccordement 2 avec un déplacement axial C supérieur au déplacement A mais inférieur au déplacement d'adaptation et de déformation plastique B. Dans le cas où le déplacement de montage final du manchon est sensiblement égal au déplacement de montage usuel A, ou de préférence un peu supérieur pour tenir compte de la déformation plastique du manchon, le traitement d'amélioration selon l'invention permet d'améliorer les caractéristiques géométriques des surfaces de contact et donc d'obtenir des valeurs plus régulières du serrage et du couple transmis. As indicated above, because of the internal reinforcement of the sleeve by plastic deformation (increase of the elastic limit Re), it is possible to perform the final assembly of the connection sleeve 2 with an axial displacement C greater than the displacement A but less than the displacement B. In the case where the final mounting displacement of the sleeve is substantially equal to the usual mounting displacement A, or preferably a little greater to take account of the plastic deformation of the sleeve, the treatment of improvement according to the invention makes it possible to improve the geometrical characteristics of the contact surfaces and thus to obtain more regular values of the tightening and the transmitted torque.
Dans le cas où le déplacement de montage final C est supérieur au déplacement de montage usuel A, on augmente le couple transmis, ce qui permet, par exemple, d'adapter l'accouplement à une machine tournante de plus forte puissance ou avec de meilleures conditions de sécurité. In the case where the final mounting displacement C is greater than the usual mounting displacement A, the transmitted torque is increased, which makes it possible, for example, to adapt the coupling to a rotating machine of higher power or with better security conditions.
On va donner ci-dessous un exemple de réalisation de l'invention, dans le cas d'une machine électrique présentant les caractéristiques suivan- tes: - puissance nominale: 50000 kW; - tension: 1800V; - fréquence de rotation: 750 tr/mn; - diamètre moyen de la portée conique de l'arbre: 225 mm; conicité : 10 %; L'arbre de la machine électrique et le manchon de raccordement sont tous deux en acier. An embodiment of the invention will be given below, in the case of an electric machine having the following characteristics: nominal power: 50000 kW; - voltage: 1800V; - rotation frequency: 750 rpm; - average diameter of the conical bearing surface of the shaft: 225 mm; taper: 10%; The shaft of the electrical machine and the connecting sleeve are both made of steel.
L'arbre est en acier XC38 pour lequel, à l'état recuit, la limite élastique Re est supérieure à 340 MPa et la résistance mécanique à 590 MPa. The shaft is made of XC38 steel for which, in the annealed state, the elastic limit Re is greater than 340 MPa and the mechanical strength is 590 MPa.
La matière du manchon d'accouplement est un acier C60N dont les caractéristiques à l'état recuit sont les suivantes: - Re > 430 MPa - Rm > 720 MPa. The material of the coupling sleeve is a C60N steel whose characteristics in the annealed state are the following: - Re> 430 MPa - Rm> 720 MPa.
On a calculé un déplacement de montage A de 4,6 mm correspondant à la transmission du couple de la machine, compte tenu de certaines marges de sécurité. A 4.6 mm mounting displacement A corresponding to the torque transmission of the machine was calculated, given certain margins of safety.
Pour la mise en oeuvre du procédé, on réalise un déplacement d'adaptation et de déformation plastique, sur la portée conique de l'arbre, sur une distance axiale de 8 mm. On réalise alors le démontage du manchon, comme décrit plus haut, après refroidissement du manchon. La surface d'assemblage du manchon, après traitement d'adaptation et de déformation plastique suivant l'invention, présente une conicité parfaitement identique à la conicité de la portée conique de l'arbre et un état de surface d'une qualité parfaite, ces résultats ne pouvant être atteints par un procédé classique d'usinage ou de rectification. For the implementation of the method, an adaptation displacement and plastic deformation is performed on the conical bearing surface of the shaft over an axial distance of 8 mm. The sleeve is then disassembled, as described above, after cooling the sleeve. The assembly surface of the sleeve, after adaptation treatment and plastic deformation according to the invention, has a conicity perfectly identical to the conicity of the conical bearing surface of the shaft and a surface state of perfect quality, these results that can not be achieved by a conventional machining or grinding process.
En outre, la déformation plastique a augmenté les caractéristiques mécaniques de la couche interne adjacente à la surface d'assemblage du manchon, de telle sorte que la limite élastique de cette couche interne est passée de 430 MPa à 500 MPa après déformation plastique. In addition, the plastic deformation increased the mechanical characteristics of the inner layer adjacent to the assembly surface of the sleeve, so that the elastic limit of this inner layer increased from 430 MPa to 500 MPa after plastic deformation.
Pour la réalisation du déplacement axial d'adaptation et de déformation plastique du manchon sur la portée conique de l'arbre, on porte le manchon de raccordement à une température supérieure d'au moins 340 C à la température de l'arbre. Pour cela, le manchon de raccordement est placé dans une étuve ou un four dont la vitesse de montée en température est de 50 C par heure jusqu'à la température maximale qui est supérieure d'au moins 340 C à la température de l'arbre. A la température maximale, on réalise un stabilisation thermique d'au moins deux heures à la température théorique de montage du manchon. Au moment de sa mise en place sur l'arbre, la température de peau externe du manchon de raccordement et en particulier de la surface d'assemblage du manchon doit être de 310 C (plus ou moins 10 C), la température à coeur du manchon étant supérieure d'au moins 340 C à la température de l'arbre et de l'ambiance dans laquelle on réalise le montage. For carrying out the axial displacement of adaptation and of plastic deformation of the sleeve on the conical bearing surface of the shaft, the connection sleeve is brought to a temperature at least 340 ° C higher than the temperature of the shaft. For this, the connection sleeve is placed in an oven or an oven whose rate of rise in temperature is 50 C per hour up to the maximum temperature which is at least 340 C higher than the temperature of the shaft . At the maximum temperature, a thermal stabilization of at least two hours is carried out at the theoretical mounting temperature of the sleeve. When it is put into place on the shaft, the outer skin temperature of the connecting sleeve and in particular of the assembly surface of the sleeve must be 310 C (plus or minus 10 C), the core temperature of the sleeve being at least 340 C higher than the temperature of the shaft and the environment in which the assembly is carried out.
Le procédé suivant l'invention permet donc au moins d'améliorer la régularité d'obtention du serrage du manchon de raccordement sur la portée conique de l'arbre et donc des couples transmis du fait de l'obtention de sur-faces de contact parfaites entre le manchon de raccordement et l'arbre. Le procédé suivant l'invention permet également d'augmenter le serrage et la valeur des couples transmis par augmentation de la limite élastique de la couche interne du manchon et du déplacement axial de montage du man- chop sur la portée conique de l'arbre. Le procédé selon l'invention est donc particulièrement avantageux dans le cas de machines tournantes à forte puissance. The process according to the invention therefore makes it possible at least to improve the regularity of obtaining the tightening of the connection sleeve on the conical bearing surface of the shaft and thus of the torques transmitted by virtue of obtaining perfect contact surfaces. between the connecting sleeve and the shaft. The method according to the invention also makes it possible to increase the tightening and the value of the couples transmitted by increasing the elastic limit of the inner layer of the sleeve and the axial displacement of mounting the sleeve on the conical bearing surface of the shaft. The method according to the invention is therefore particularly advantageous in the case of rotating machines with high power.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. The invention is not limited to the embodiment which has been described.
C'est ainsi qu'on peut envisager une mise en oeuvre simplifiée de l'invention sans calcul de contraintes et de déformations aux éléments finis, en évaluant un déplacement d'adaptation et de déformation plastique permet-tant de réaliser une déformation plastique très superficielle qui ne modifie que très légèrement les caractéristiques mécaniques du manchon. Dans ce cas, on améliore essentiellement les caractéristiques géométriques des sur- faces en contact du manchon et de l'arbre. Thus, it is possible to envisage a simplified implementation of the invention without calculating stresses and deformations to the finite elements, by evaluating a displacement of adaptation and of plastic deformation which makes it possible to perform a very superficial plastic deformation. which only slightly modifies the mechanical characteristics of the sleeve. In this case, the geometrical characteristics of the surfaces in contact with the sleeve and the shaft are substantially improved.
L'invention s'applique en particulier à l'accouplement d'un arbre rotatif d'une machine tournante à un manchon ou moyeu de raccordement de la machine tournante à un élément entraîné ou d'entraînement. La machine tournante peut être une machine électrique ou une machine thermique telle qu'un moteur thermique ou une turbine. The invention is particularly applicable to the coupling of a rotary shaft of a rotating machine to a sleeve or connection hub of the rotating machine to a driven element or drive. The rotating machine may be an electric machine or a thermal machine such as a heat engine or a turbine.
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2004
- 2004-04-29 FR FR0404583A patent/FR2869654B1/en not_active Expired - Lifetime
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