FR2913742A1 - Ressort de liaison pour un dispositif d'accouplement flexible - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ressort de liaison (21) pour un dispositif d'accouplement (1) flexible métallique entre un élément menant (2) et un élément mené (4) sensiblement coaxiaux, ledit dispositif comprenant un premier moyeu (3) et un second moyeu (5) solidaires en rotation, respectivement de l'élément menant (2) et de l'élément mené (4) et déterminant entre eux une zone de jonction chevauchée par ledit ressort de liaision (21). Ce ressort de liaison (21) est au moins en partie enrobé par une matrice polymère gélifiée (22) renfermant une huile lubrifiante.

Description

Ressort de liaison pour un dispositif d'accouplement flexible. La présente

invention concerne un ressort de liaison pour un dispositif d'accouplement flexible métallique entre un élément menant et un élément mené. Il est connu d'utiliser de l'huile ou de la graisse pour lubrifier un or- gane de liaison et deux moyeux appartenant à un dispositif d'accouplement. Cependant, au fur et à mesure que le dispositif d'accouplement fonctionne, l'huile ou la graisse a tendance à s'altérer et à s'échapper en dehors de la zone où se trouvent l'organe de liaison et les deux moyeux. Ainsi, il est nécessaire de renouveler régulièrement l'huile ou la graisse afin d'assurer la lubrification du dispositif d'accouplement ce qui multiplie les opérations de maintenance. Dans le document US 4 044 572, on propose un dispositif d'accouplement comportant deux moyeux liés entre eux par un ressort. Le ressort et les deux moyeux sont lubrifiés par de la graisse. La graisse est maintenue dans un boîtier équipé d'orifices de graissage. Afin d'éviter la perte et la recharge en lubrifiant, il est connu d'utiliser certains matériaux au niveau de l'organe de liaison ne nécessitant pas de lubrification. Dans le document US 2 904 976, on propose un dispositif d'accouplement comportant un organe de liaison correspondant à plusieurs blocs. Chaque bloc est inséré dans une fente correspondante traversant deux moyeux du dispositif d'accouplement. Ces blocs sont composés d'un matériau plastique tel que le nylon, destiné à limiter les frottements entre chaque bloc et les moyeux.

Cependant, l'usure de ces blocs nécessite une lubrification au bout d'un certain temps d'utilisation. Dans le document US 2 924 954, on propose un dispositif d'accouplement comportant un organe de liaison correspondant à une couronne dentée fabriquée en un matériau plastique, tel que le nylon.

Cependant, un tel dispositif d'accouplement ne permet pas non plus de s'affranchir totalement d'une lubrification.

Dans les documents WO 89/09346 et WO 89/09347, on propose un dispositif d'accouplement comportant deux moyeux liés entre eux par un ressort. Le ressort est revêtu à sa surface d'un matériau, tel que le polyuréthane ou le nylon, améliorant le glissement entre le ressort et les moyeux.

L'usure des moyeux et/ou du ressort est ainsi réduite. Les revêtements per-mettent d'éviter toute lubrification de l'accouplement. Cependant, un tel dispositif d'accouplement est complexe et coûteux à mettre en oeuvre. L'invention a donc pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un ressort de liaison pour un dispositif d'accouplement flexible métallique qui permet de conserver une lubrification et qui soit simple à mettre en oeuvre, durable et efficace. L'invention a donc pour objet un ressort de liaison pour un dispositif d'accouplement flexible entre un élément menant et un élément mené sen-15 siblement coaxiaux, ledit dispositif d'accouplement comprenant un premier moyeu et un second moyeu solidaires en rotation respectivement de l'élé- ment menant et de l'élément mené et déterminant entre eux une zone de jonction chevauchée, sur toute sa périphérie, par ledit ressort de liaison des- tiné à coopérer avec des rainures radiales ménagées respectivement dans 20 les premier et second moyeux pour entraîner en rotation l'élément mené par l'élément menant, caractérisé en ce que le ressort de liaison est au moins en partie enrobé par une matrice polymère gélifiée renferment une huile lubri- fiante. Le ressort de liaison selon l'invention présente les avantages non ex-25 haustifs suivants : - une lubrification durable et efficace grâce à l'huile lubrifiante conte-nue dans la matrice polymère ; - une lubrification optimale grâce à l'utilisation d'huile plutôt que de graissage ; 30 - une lubrification intégrée à l'accouplement ne nécessitant pas de lubrification supplémentaire ; - un respect de l'environnement grâce à la matrice qui limite les fuites d'huile et permet un relarguage adéquate de l'huile ; - une non contamination extérieure grâce à la matrice qui est une enveloppe protectrice ; - une lubrification simple à mettre en oeuvre grâce à la structure gélifiée de la matrice polymère ; - une absence de maintenance permettant un fonctionnement continu des machines accouplées. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la partie supérieure dudit ressort est enrobée par la matrice polymère gélifiée, - ledit ressort est formé par une succession de "S" comportant des portions centrales rectilignes et parallèles coopérant avec des rainures radiales et reliées entre elles par les portions courbes, - la matrice polymère gélifiée comprend un taux d'huile de lubrification compris entre 60 et 98% en masse, - la matrice polymère a une température de fluidification supérieure ou égale à 110 C, - le taux de réticulation du polymère de la matrice polymère est compris entre 0,05 % et 5%, - le polymère de la matrice polymère est formé à partir de monomères de valence supérieure ou égale à 3 permettant une réticulation du polymère. Selon un mode de réalisation préféré, la matrice polymère gélifiée comprend un taux d'huile de lubrification compris entre 60 et 98% en masse. La matrice polymère gélifiée présente la particularité d'être grasse à température ambiante, à savoir que de l'huile de lubrification s'exsude de la matrice polymère gélifiée à température ambiante assurant ainsi une lubrification au niveau du ou des contact(s) entre l'organe de liaison et les premier et second moyeux. De préférence, la matrice polymère gélifiée comporte un réseau tridimensionnel de polymère. L'huile de lubrification est ainsi située entre les mailles du réseau tridimensionnel et produit un gonflement de la matrice polymère. A titre d'exemple, l'huile de lubrification est choisie parmi les groupes constitués par les huiles minérales hautes performances et les huiles syn-thétiques à très hautes performances pour la lubrification des engrenages. Par exemple, on cite l'huile MOBILGEAR Série 600 ou l'huile MOBILGEAR XMP. De façon générale, la matrice polymère gélifiée est obtenue soit par réticulation chimique soit par réticulation physique. La réticulation chimique se caractérise par la constitution de noeuds covalents obtenus: -par réaction de polymérisation par étapes; - par copolymérisation en chaîne ; ou - par pontage aléatoire. La polymérisation par étapes implique la réaction de monomères porteurs de fonctions réagissant entre elles et de valence moyenne supérieure ou égale à deux. A titre d'exemple, les fonctions réagissant entre elles sont choisies parmi les couples alcool et isocyanate, alcool et époxyde, alcool et acide carboxylique, amine et époxyde, amine et acide carboxylique. Le polymère est, de préférence, synthétisé dans l'huile de lubrification. Ainsi, les monomères formant le polymère sont solubles dans l'huile de lubrification. Les monomères sont alors choisis dans le groupe constitué par les polyoléfines éthyléniques ou diéniques portant au moins deux fonctions terminales ou pendantes de type alcools, isocyanates, acides ou amines. Ces fonctions terminales ou pendantes réagissent avec des molécules organiques multifonctionnelles. Le procédé de mise en oeuvre de la matrice polymère gélifiée obtenue par polymérisation par étapes comporte deux étapes. Dans une pre- mière étape, les différents constituants sont pré-polymérisés dans l'huile, sans dépasser le point de gel. Le point de gel correspond à la température et la pression critiques au-delà desquelles la matrice est gélifiée. A la suite de cette prépolymérisation, un pré-gel de viscosité élevée est ainsi obtenu. Ensuite, dans une seconde étape le pré-gel est introduit dans le dispositif d'accouplement de l'invention puis chauffé afin d'obtenir la réticulation in situ. A titre d'exemple, le polybutadiène dihydroxytéléchélique de masse molaire 45 000g/mol, l'hexaméthylène diisocyanate, le rapport des fonctions NCO/OH étant compris entre 0,5 et 2, sont mélangés dans l'huile de lubrification en présence d'un catalyseur de type SnCI4. La quantité de SnCI4 introduite varie, en général, entre 100 et 3 000 ppm en fonction de la nature de l'huile et de la cinétique de polymérisation souhaitée. Le milieu réaction- nel est chauffé à environ 80 C pendant environ 2 heures. La viscosité du milieu réactionnel augmente de manière importante, passant de 1 à 1000 Cp. Le pré-gel est ensuite introduit dans le dispositif d'accouplement. II est ensuite chauffé pendant 1 heure afin d'obtenir un réticulat. Passé le point de gel, la matrice polymère comportant l'huile de lubrification est gélifiée.

Autre exemple de polymère issu d'une polymérisation par étape 10g de polylbutadiène dihydroxytéléchélique hydrogène de masse 100 000g/mol d'huile Mobil Gear 629. Entre 3.10g et 2g de diisocyanate de type Hexaméthylène diisocyanate est ajouté au milieu réactionnel en présence de 500ppm de SnCI4. Le milieu réactionnel est chauffé à 120 C pendant 45min. La viscosité augmente sans pour autant atteindre le point de gel ; le produit est introduit dans le dispositif d'accouplement flexible par l'intermédiaire d'un orifice de graissage et est chauffé pendant 30min. La réticulation a ainsi lieu in situ conduisant à la formation d'une huile gélifiée.

Par ailleurs, la polymérisation par pontage aléatoire implique des polymères obtenus tels que les polyoléfines de type EPR ou Ethylène-Propylène-Rubber, de type EPDM ou Ethylène-Propylène-diène et les copolymères de l'éthylène avec des oléfines de formule CnH2n avec n supérieur ou égal à 4, telles que par exemple le butène, l'hexène ou l'octène. Ces po- lymères obtenus par pontage aléatoire sont solubles à chaud dans les huiles de lubrification utilisées, et gélifient le milieu une fois refroidis. Cette huile viscosifiée est alors introduite dans le dispositif d'accouplement de l'invention en même temps que le catalyseur dispersé dans l'huile. Le mélange est alors chauffé in situ pour créer des pontages entre les chaînes po- lymères. Les polymères de type EPR et les copolymères d'éthylène et d'oléfines supérieures peuvent être, de façon générale, réticulés au moyen de péroxyde organique comme le peroxyde de dicumyl ou le peroxyde de tert-butyl cumyl. De même, les EPDM peuvent être, de façon générale, réticulés au moyen de soufres. De façon générale, la réticulation améliore les propriétés gélifiantes des polymères précités. Exemple de polymères obtenus par polymérisation par pontage aléa-5 to i re Exemple 1 : 10g d'un copolymère poly(ethylène-co-oct-1-ène) est solubilisé dans l'huile Mobil Gear XMP150 à 150 C pendant 4 heures conduisant à une huile viscosifiée. Ce dernier est mélangé ultérieurement avec 0,1 part d'un 10 peroxyde de dicumyl chargé d'assurer la réticulation entre les chaînes. L'huile gélifiée est ainsi obtenue in situ.

Exemple 2 : 10g d'un EPDM de type poly(éthylène-co-propylène-co-5 éthylidène- 15 2-norbornène), contenant environ 70% d'éthylène et 0,5% de 5-éthylidène-2-norbornène, est solubilisé dans 100g d'huile Mobil Gear 629 à 150 C pendant 4 heures. Le produit est mélangé ultérieurement avec 0,1 part d'un peroxyde ou bien 0,3 part de soufre assurant la vulcanisation. L'huile gélifiée est formée in situ. 20 La réticulation physique correspond à la réticulation chimique décrite ci-dessus avec des liens intercatenaires réversibles. A cet effet, le pontage entre les chaînes polymériques est assuré par l'établissement d'interaction moléculaire de faible énergie, typiquement de Van der Waals, de moyenne énergie, typiquement de liaison hydrogène, ou encore effectuée par coales- 25 cence en nodules de blocs polymères appartenant à un copolymère à blocs de type ABC. Par coalescence en module , on entend ici que certains blocs sont insolubles dans le milieu et s'associent pour former des modules autrement dits des noeuds de réticulation physique. Les copolymères à blocs de type ABC sont, de manière préférentielle, utilisés. 30 De préférence, le bloc B est choisi parmi les polymères solubles dans les huiles de lubrification utilisées. En particulier, le bloc B est choisi selon la polarité de l'huile de lubrification qui détermine la solubilité du bloc B dans l'huile de lubrification. A titre d'exemple, le bloc B est choisi parmi les grou- pes constitués par le polyéthylène et ses copolymères avec des oléfines de formule CmH2m avec m supérieur ou égal à 3, telles que le propylène, le butylène, l'hexène ou l'octène, avec des polydiènes comme le polybutadiène ou le polyisoprène ou bien avec des poly(métha)acrylates d'alkyle compor- tant au moins 6 atomes de carbones tels que le polyacrylate d'octadiène ou le polyacrylate d'hexadiène. Les blocs A et C n'ont, de préférence, pas ou peu d'affinité avec l'huile de lubrification utilisée. Le bloc A et le bloc C s'organisent, en général, par coalescence en nodules afin de former les noeuds du réseau. Les blocs A et C sont ainsi choisis parmi les polymères insolubles dans les huiles de lubrification utilisées. A titre d'exemple, on peut citer le polystyrène, les poly(alkyl)acrylates d'alkyle comportant un nombre de carbones compris entre 1 et 4, les polymères hydrophiles ou hydrosolubles comme le polyoxyde d'éthylène, le polyacide acrylique, les polysaccharides, le polyvinylpyrolidone, le polyacétate de vinyl ou bien, le polyalcool vinylique. Dans le cas où le bloc A et le bloc C sont identiques, les copolymères à blocs de type ABC sont du type ABA. Ces copolymères à blocs du type ABA sont, à titre d'exemple, choisis parmi les copolymères de type poly(styrène - butadiène - styrène), poly(styrène - isoprène - styrène), poly(styrène - éthylène-butylène - styrène), poly(styrène - éthylène -styrène), poly(méthacrylate de méthyle - butadiène - méthacrylate de méthyle), poly(méthacrylate de méthyle - isoprène - méthacrylate de méthyle), poly(méthacrylate - de - méthyle - éthylène - méthacrylate de méthyle), poly(méthacrylate de méthyle - (éthylène - butylène) -méthacrylate de méthyle), poly(acrylate d'éthyle - isoprène - acrylate d'éthyle), poly(acrylate d'éthyle - butadiène - acrylate d'éthyle), poly(acrylate d'éthyle -(éthylène-butylène)- acrylate d'éthyle), poly(styrène - acrylate de stéaryle - styrène), poly(méthacrylate de méthyle - acrylate de stéaryle - méthacrylate de mé- thyle), poly(oxyde d'éthylène - isoprène - oxyde d'éthylène), poly(oxyde d'éthylène -butadiène). Dans le cas où le bloc A est identique au bloc C, le polymère a, de préférence, une masse molaire supérieure à 80 000 g/mol. De plus, la frac- tion massique du bloc B est de préférence supérieure à la fraction massique du bloc A. De façon générale, le polymère ou le copolymère de la matrice polymère présente au moins un bloc avec une température de transition vitreuse inférieure à 20 C, voire comprise entre - 80 et 10 C. Exemples de polymères comportant de la réticulation physique Exemple 1 : 10g d'un terpolymère à blocs de type poly(styrène-b-éthylènebutylène-b-styrène) de masse molaire 120 000g/mol et contenant environ 30% de styrène est solubilisé dans 100g d'huile Mobil Gear 629 à 150 C pendant 6h. Le produit est coulable à des températures supérieures à 100 C mais se gélifie à plus basse température.

Exemple 2 : 10g d'un terpolymère à blocs de type poly(styrène-b-éthylène-butylène-b-styrène) greffé anhydride maléique à hauteur de 1% et contenant au maximum 40% de styrène est solubilisé dans 100g d'huile Mobil Gear XMP 150 à 150 C pendant 6 heures. Le produit est coulable à des températures supérieures à 100 C est gélifié à plus basse température D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 représente une vue extérieure et en perspective d'un dispo- sitif d'accouplement équipé d'un ressort de liaison, conforme à l'invention, la Fig. 2 représente une vue schématique et en perspective avec arrachement partiel du dispositif d'accouplement, - la Fig. 3 représente une vue schématique de dessus du dispositif d'accouplement sans le demi-boîtier et sans la matrice polymère, et - la Fig. 4 représente une vue schématique et en perspective du ressort de liaison, conforme à l'invention. Les figures 1 à 3 représentent un dispositif d'accouplement 1 comportant un premier moyeu 3 destiné à recevoir un élément menant 2 et un second moyeu 5 destiné à recevoir un élément mené 4. Les éléments respectivement menant 2 et mené 4 sont montés dans les moyeux, respectivement 3 et 5, et solidaires en rotation avec ces moyeux par des moyens mécaniques appropriés et de type connu, comme par exemple des clavettes, par frettage ou encore par des cannelures.

Le dispositif d'accouplement 1 est métallique, voire entièrement réalisé en métal. Les premier et second moyeux 3 et 5 comprennent respectivement un premier épaulement 7 et un second épaulement 9 délimitant entre eux une zone de jonction 10. Les premier et second épaulements 7 et 9 comportent chacun des rainures radiales respectivement 11 et 13 disposées en vis-à-vis de telle sorte que les rainures radiales se prolongent du premier épaulement 7 au second épaulement 9. Par ailleurs, le premier moyeu 3 comporte une première bague d'étanchéité 15 et le second moyeu 5 comporte également une seconde bague d'étanchéité 17. Les premier et second moyeux 3 et 5 sont liés entre eux par un organe de liaison recouvrant la zone de jonction 10. Cet organe de liaison comprend un ressort 21 chevauchant la zone de jonction 10 sur toute sa périphérie et destiné à coopérer avec les rainures radiales 11 et 13 ménagées respectivement dans les premier et second moyeux 3 et 5. Ainsi, le ressort 21 pénètre dans les rainures radiales 11 et 13. Le ressort 21 recouvre toute la périphérie des épaulements 7 et 9 et est formé soit d'une seule pièce pour les accouplements de faible dimension, soit de plusieurs segments, comme par exemple deux segments 21a ainsi que montré à la figure 4. Le ressort 21 est formé d'une succession de "S" comportant des portions 21b rectilignes et parallèles et reliées entre elles par des portions courbes 21c. Les portions rectilignes 21b pénètrent dans les rainures 11 et 13. Le ressort 21 permet d'assurer, de façon avantageuse, une liaison élastique entre les premier et second moyeux 3 et 5. De préférence, les rainures radiales 11 et 13 ont des côtés adjacents courbes de type convexe. Grâce à la forme courbe des rainures radiales 11 et 13 et à l'élasticité du ressort, le dispositif d'accouplement 1 de l'invention a une raideur torsionnelle progressive. A titre indicatif, un dispositif d'accouplement de faible raideur torsionnelle est comparable à un amortisseur. En effet, plus l'accouplement est rigide en torsion, plus l'effort que l'accouplement transmet est immédiat. La lubrification entre le ressort 21 et les rainures radiales 11 et 13 est assurée par une matrice polymère gélifiée 22 comportant une huile lubrifiante. La matrice polymère gélifiée 22 est du type de celle précédemment décrite. La matrice polymère gélifiée 22 enrobe au moins partiellement le ressort 21 et plus particulièrement ladite matrice 22 enrobe la partie supérieure du ressort 21 pour que la partie inférieure des portions rectilignes 21b dudit ressort 21 pénètre dans les rainures radiales 11 et 13. Lors du fonctionnement du dispositif d'accouplement 1 de l'invention et comme on le verra ultérieurement, l'huile contenue dans la matrice polymère 22 s'exsude au fur et à mesure que le dispositif d'accouplement chauffe ce qui permet de lubrifier les zones de contact entre le ressort 21 et les rainures radiales 11 et 13. Le ressort 21, la matrice polymère gélifiée 22 et la zone de jonction 10 des premier et second moyeux 3 et 5 sont également recouverts par deux demi-boîtiers cylindriques 23 et 25. Les deux demi-boîtiers cylindriques 23 et 25 sont disposés en vis-à-vis et sont fermés ensemble, par exemple, à l'aide de boulons 27 placés dans les orifices correspondants 29 et 31 appartenant à chaque demi-boîtier cylindrique respectivement 23 et 25. En fonctionnement, le premier moyeu 3 est entraîné en rotation par l'élément menant 2. Le ressort de liaison 21 transmet alors le mouvement de rotation au second moyeu 5 qui entraîne en rotation l'élément mené 4. Les mouvements de friction entre le ressort de liaison 21 et les premier et second moyeux 3 et 5 dus au mouvement de rotation, impliquent un augmentation de la température au niveau de la matrice polymère gélifiée 22.

Ainsi la quantité minimale d'huile de lubrification contenue dans la matrice polymère gélifiée 22 est libérée pour lubrifier le contact entre le ressort de liaison 21 et les premier et second moyeux 3 et 5. La matrice polymère gélifiée 22 permet de limiter les fuites d'huile tout en assurant une exsudation de l'huile lubrifiante suffisante pour lubrifier le dispositif d'accouplement 1. L'huile de lubrification ainsi libérée par la matrice 22 vient se répandre entre le ressort 21 et les rainures radiales 11 et 13 des épaulements 7 et 9. Ainsi, le dispositif d'accouplement 1 est lubrifié par une quantité minimum nécessaire et efficace d'huile lubrifiante contenue dans la matrice polymère gélifiée 22. Le dispositif d'accouplement 1 tolère et absorbe : - les désalignements radiaux, à savoir que les axes de révolution des deux moyeux sont parallèles mais non confondus, - les désalignements angulaires, à savoir que les axes de révolution des deux moyeux se coupent selon un angle non nul, et - les déplacements axiaux à savoir la variation de distance entre les faces des deux moyeux. Ces caractéristiques sont rendues possibles notamment par la structure de la matrice polymère gélifiée qui est apte à se déformer et à retrouver sa forme originelle après déformation.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Ressort de liaison pour un dispositif d'accouplement (1) flexible métallique entre un élément menant (2) et un élément mené (4) sensible-ment coaxiaux, ledit dispositif d'accouplement (1) comprenant un premier moyeu (3) et un second moyeu (5) solidaires en rotation respectivement de l'élément menant (2) et de l'élément mené (4) et déterminant entre eux une zone de jonction (10) chevauchée, sur toute sa périphérie, par ledit ressort de liaison (21) destiné à coopérer avec des rainures radiales (11, 13) ménagées respectivement dans les premier et second moyeux (3, 5) pour entrai- ner en rotation l'élément mené (4) par l'élément menant (2), caractérisé en ce que le ressort de liaison (21) est au moins en partie enrobé par une matrice polymère gélifiée (22) renfermant une huile lubrifiante.

2. Ressort de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure dudit ressort (21) est enrobée par la matrice polymère gélifiée (22).

3. Ressort de liaison selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit ressort (21) est formé par une succession de "S" comportant des portions centrales (21 b) rectilignes et parallèles coopérant avec les rainures radiales (11, 13) et reliées entre elles par des portions courbes (21c).

4. Dispositif d'accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matrice polymère gélifiée (22) comprend un taux d'huile de lubrification compris entre 60 et 98% en masse.

5. Dispositif d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice polymère gélifiée (22) à une température de fluidification supérieure ou égale à 110 C.

6. Dispositif d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de réticulation du polymère de la matrice polymère gélifiée est compris entre 0,05% et 5%.

7. Dispositif d'accouplement selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le polymère de la matrice polymère gélifiée (22) est formée à partir de monomères de valence supérieure ou égale à 3 permettant une réticulation du polymère.