WO1995001521A1 - Dispositif de liaison entre deux structures - Google Patents

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    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
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Definitions

  • the present invention relates to a connecting device between two structures capable of undergoing relative displacements limited in translation along three orthogonal axes two by two X, Y, Z, as well as relative displacements in rotation around these same axes.
  • One of said structures could be constituted for example by a flange rigidly fixed around the output shaft of a gearbox of a power train, and the other structure by the stator of an electromagnetic retarder located around the aforementioned output shaft, its rotor being integral with this shaft and said stator being made integral with the non-rotating structure of the motor by means of elastic elements.
  • the object of the present invention is to develop said elastic elements in such a way that the rigi ⁇ dities in translation along the axes X, Y, Z are important in order to control the position of the stator relative to the rotating shaft; in other words, the degrees of freedom in translation respectively in the directions X, Y and Z will have to be controlled by substantial rigidities, thus preventing any excessive displacement of the assemblies with respect to each other in the directions X, Y and Z respectively. For the same reason, the two degrees of freedom in rotation around the axes X and Y will have to have a significant rigidity.
  • the torsional stiffness around the axis Z carried by the shaft should be low and thus induce a low natural frequency of the static assembly, this for ensure good decoupling of vibrations.
  • the dynamic forces created on the stator during the operation of the retarder must be filtered instead of being transmitted entirely to the structure of the engine group.
  • the stiffness should be low, this to be suitable for filtration of torsional vibrations around this axis, the relative angular displacement of the two assemblies around the axis Z can be significant.
  • a connection device is characterized in that it comprises cylindrical articulations arranged on a circumference centered on one Z of said axes and parallel to the plane defined by the other two axes X, Y, these joints being each constituted by at least two rigid cylindrical and coaxial tubes between which a sleeve of elastic material is adhered, the outer tube being secured to one of said structures and the inner tube being secured to the other structure, and in that each of these articulations is arranged so that its axis is both parallel to the aforementioned plane and tangent to said circumfé ⁇ ment.
  • the objects of the invention can thus be achieved easily and inexpensively, since essentially using cylindrical joints mainly composed of a volume of rubber or elastomer located and adhered between two metal tubes. Indeed, such articulations, at least three in number, will make it possible to obtain strong stiffnesses in translation in the directions X, Y and Z, also strong stiffnesses in rotation around the axes X and Y, but a stiffness in relatively low rotation around the Z axis, allowing relatively large deformations around this axis.
  • FIG. 1 is an axial sectional view along the line I-I of Figure 2, of two structures connected to one another by a connecting device according to the invention;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view partial by line II-II of Figure 1;
  • FIG. 3 is a partial view of the yoke in section similar to that of Figure 2, Figure 4 showing an alternative embodiment; and - Figure 5 is a view similar to that of Figures 3 and 4 showing another variant in the case of a circumference of small radius.
  • FIGS. 1 and 2 one of the structures to be decoupled in rotation relative to the other is represented by a flange 1 rigidly fixed around the output shaft 2 of a gearbox of a power unit. propellant; for this purpose, this flange 1 is secured, by screws 4, to a rocket 3 in which the shaft 2 is mounted by means of ball bearings or the like, referenced 5 and 6.
  • the other structure is represented by the stator 7 of an electromagnetic retarder located around the output shaft 2, the rotor 8 of which is integral with this shaft.
  • the cylindrical joints of the invention connect the flange 1 and the stator 7 with the elastic characteristics defined above, with respect to the directions or axes of rotation X, Y and Z shown in the two figures.
  • These joints are advantageously four in number, and are angularly distributed about the axis Z.
  • Each of these joints comprises a yoke 9 integral with the stator 7 and carrying an axis 10, on which is mounted the inner tube 11 of the joint.
  • the outer tube 12 of the joint is in turn mounted in a hollow block 13 secured to the flange 1.
  • a rubber or elastomer sleeve referenced at 14.
  • the axes a. of these articulations are located in the plane P defined by the axes X and Y, and are tangent to the circle C centered on the axis Z and located in this plane P. It is understood that one thus obtains, between the structures 1 and 7:
  • the aims of the present invention are thus achieved, and an excellent decoupling of the vibrations in rotation along the Z axis between the structures 1 and 7 will be obtained. This will thus avoid any transmission, by solid, of the vibrations over a wide band of frequencies, these vibrations coming from the powerplant. It can also be seen that the mounting of the elastic articulations is secure and that, in order to overcome possible excessive strokes of the fixed assemblies relative to the mobile assemblies, mechanical stops can be placed on the three axes near the suspensions. , thus limiting travel.
  • the plane of attachment of the elastic joints A in the direction X or Y is as close as possible to the center of gravity of the structure 7, this in order to limit the tilting torques due to forces applied to the center of gravity of this structure in these directions.
  • Figures 3 and 4 have shown the possibility of limiting the deflections around the axis Z, around which the torsional stiffness is low. This is obtained by means of elastic stops 15 provided at the end on the sleeves 14 (the other references designate the same elements as on Figures 1 and 2) It is understood that these stops will limit the travel between the rotor 8 and the stator 7 gradually coming to bear on the inner faces of the yoke 9.
  • the embodiment of Figure 3 we use two half sleeves 14 and two outer half-tubes 12; in the embodiment of Figure 4, using two half-sleeves 14 forcibly engaged in the hollow block 13, without an outer tube.

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Abstract

Dispositif de liaison entre deux structures (1, 7) propres à subir des déplacements relatifs limités en translation selon trois axes orthogonaux deux à deux (X, Y, Z), ainsi que des déplacements rlatifs en rotation autour de ces mêmes axes. Ce dispositif comporte des articulations cylindriques A disposées sur une circonférende C centrée sur l'un Z desdits axes et parallèle au plan P défini par les deux autres axes (X, Y), ces articulations A étant constituées chacune par au moins deux tubes rigides cylindriques (11, 12) et coaxiaux entre lesquels est adhérisé un manchon (14) de matière élastique. L'axe (a) de ces artriculations est à la fois parallèle au plan précité P et tangent à ladite circonférence C.

Description

DISPOSITIF DE LIAISON ENTRE DEUX STRUCTURES
La présente invention concerne un dispositif de liaison entre deux structures propres à subir des déplace¬ ments relatifs limités en translation selon trois axes orthogonaux deux à deux X, Y, Z, ainsi que des déplacements relatifs en rotation autour de ces mêmes axes.
L'une desdites structures pourra être constituée par exemple par une bride fixée rigidement autour de 1'arbre de sortie d'une boîte de vitesse d'un groupe moto-propulseur, et 1'autre structure par le stator d'un ralentisseur électromagnétique situé autour de l'arbre de sortie précité, son rotor étant solidaire de cet arbre et ledit stator étant rendu solidaire de la structure non tournante du moteur par 1'intermédiaire d'éléments élastiques.
Le but de la présente invention est d'élaborer lesdits éléments élastiques de telle manière que les rigi¬ dités en translation suivant les axes X, Y, Z soient important s afin de contrôler la position du stator par rapport à l'arbre tournant ; en d'autres termes, les degrés de liberté en translation respectivement dans les directions X, Y et Z devront être contrôlés par des rigidités importan¬ tes, empêchant ainsi tout déplacement excessif des ensembles les uns par rapport aux autres dans les directions X, Y et Z respectivement. Pour la même raison, les deux degrés de liberté en rotation autour des axes X et Y devront avoir une rigidité importante. Par contre, et c'est un but complémen¬ taire de l'invention, la raideur en torsion autour de l'axe Z porté par 1'arbre devra être faible et induire ainsi une faible fréquence propre de l'ensemble statique, ceci pour assurer un bon découplage des vibrations. En particulier, les efforts dynamiques créés sur le stator lors du fonction¬ nement du ralentisseur devront être filtrés au lieu d'être transmis intégralement à la structure du groupe moteur. Autrement dit, en rotation autour de l'axe Z, la raideur devra être basse, ceci pour être adaptée à une filtration des vibrations en torsion autour de cet axe, le déplacement angulaire relatif des deux ensembles autour de 1'axe Z pouvant être important. A cet effet, un dispositif de liaison conforme à la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte des articulations cylindriques disposées sur une circonférence centrée sur l'un Z desdits axes et parallèle au plan défini par les deux autres axes X, Y, ces articulations étant constituées chacune par au moins deux tubes rigides cylin¬ driques et coaxiaux entre lesquels est adhérisé un manchon de matière élastique, le tube extérieur étant solidarisé de 1'une desdites structures et le tube intérieur étant solidarisé de l'autre structure, et en ce que chacune de ces articulations est disposée de sorte que son axe soit à la fois parallèle au plan précité et tangent à ladite circonfé¬ rence.
Les buts de 1*invention peuvent ainsi être atteints facilement et à peu de frais, puisque mettant essentielle- ment en oeuvre des articulations cylindriques principalement composées d'un volume de caoutchouc ou d'élastomère situé et adhérisé entre deux tubes métalliques. En effet, de telles articulations, au nombre d'au moins trois, permettront d'obtenir de fortes raideurs en translation dans les directions X, Y et Z, également de fortes raideurs en rotation autour des axes X et Y, mais une raideur en rotation relativement faible autour de l'axe Z, permettant des déformations relativement importantes autour de cet axe.
Un mode d'exécution de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif, avec référence aux figures du dessin ci-annexé dans lequel :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale selon la ligne I-I de la figure 2, de deux structures reliées l'une à 1'autre par un dispositif de liaison conforme à 1'inven- tion ;
- la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle par la ligne II-II de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue partielle de la chape en coupe analogue à celle de la figure 2, la figure 4 montrant une variante de réalisation ; et - la figure 5 est une vue analogue à celle des figures 3 et 4 montrant une autre variante dans le cas d'une circonférence de faible rayon.
Sur les figures 1 et 2, l'une des structures à découpler en rotation par rapport à 1'autre est représentée par une bride 1 fixée rigidement autour de 1'arbre de sortie 2 d'une boîte de vitesses d'un groupe moto-propulseur ; à cet effet, cette bride 1 est solidarisée, par des vis 4, d'une fusée 3 dans laquelle l'arbre 2 est monté par l'inter¬ médiaire de roulements à billes ou analogues, référencés 5 et 6. L'autre structure est représentée par le stator 7 d'un ralentisseur électromagnétique situé autour de l'arbre de sortie 2, dont le rotor 8 est solidaire de cet arbre. Les articulations cylindriques de 1'invention relient la bride 1 et le stator 7 avec les caractéristiques élastiques définies plus haut, vis-à-vis des directions ou axes de rotation X, Y et Z représentés sur les deux figures. Ces articulations, référencées globalement en A, sont avanta¬ geusement au nombre de quatre, et sont angulairement équiréparties autour de l'axe Z. Chacune de ces articulations comporte une chape 9 solidaire du stator 7 et portant un axe 10, sur lequel est monté le tube intérieur 11 de l'articulation. Le tube extérieur 12 de l'articulation est quant à lui monté dans un bloc évidé 13 solidaire de la bride 1. Entre ces deux tubes est adhérisé un manchon de caoutchouc ou d'élastomère référencé en 14. Les axes a. de ces articulations sont situés dans le plan P défini par les axes X et Y, et sont tangents au cercle C centré sur l'axe Z et situé dans ce plan P. On comprend que l'on obtienne ainsi, entre les structures 1 et 7 :
- de fortes raideurs en translation selon les directions X, Y et Z, puisque la direction Z est perpendicu¬ laire aux axes a. des quatre articulations A, que la direc¬ tion X est perpendiculaire à deux des axes a (ceux de deux articulations A diamétralement opposées), et que la direc- tion Y est perpendiculaire aux deux autres axes a (ceux des deux autres articulations A diamétralement opposées) ;
- de fortes raideurs en rotation autour des axes X et Y, puisque cette rotation fait encore intervenir des efforts perpendiculaires aux axes a des articulations A ; et - une faible raideur en rotation autour de l'axe Z, puisque cette rotation fait intervenir des efforts s'exer¬ çant dans la direction des axes a, pour lesquels les articulations A présentent la plus faible raideur.
Les buts de la présente invention sont ainsi par- falternent atteints, et l'on obtiendra un excellent dé¬ couplage des vibrations en rotation selon l'axe Z entre les structures 1 et 7. On évitera ainsi toute transmission, par voie solidienne, des vibrations sur une large bande de fré¬ quences, ces vibrations provenant du groupe moto-propulseur. On constate en outre que le montage des articula¬ tions élastiques est sécuritif et que pour s'affranchir d'éventuelles courses excessives des ensembles fixes par rapport aux ensembles mobiles, des butées mécaniques peuvent être disposées sur les trois axes à proximité des suspen- sions, limitant ainsi les débattements.
Il est à considérer aussi comme préférable que le plan de fixation des articulations élastiques A dans la direction X ou Y soit le plus près possible du centre de gravité de la structure 7, ceci afin de limiter les couples de basculement dus à des efforts appliqués au centre de gravité de cette structure dans ces directions.
Aux figures 3 et 4 on a montré la possibilité de limiter les débattements autour de 1'axe Z, autour duquel la raideur en torsion est faible. Ceci est obtenu grâce à des butées élastiques 15 prévues en bout sur les manchons 14 (les autres références désignent les mêmes éléments que sur les figures 1 et 2) On comprend que ces butées limiteront les débattements entre le rotor 8 et le stator 7 en venant progressivement en appui sur les faces intérieures de la chape 9. Dans le mode de réalisation de la figure 3, on utilise deux demi-manchons 14 et deux demi-tubes extérieurs 12 ; dans le mode de réalisation de la figure 4, on utilise deux demi-manchons 14 engagés à force dans le bloc évidé 13, sans tube extérieur. Enfin, dans le mode de réalisation de la figure 5, on a montré la possibilité d'utiliser des parties élastiques 14 arquées, selon les circonférences C et C", concentriques à la circonférence C, lorsque de grands débattements angulaires en torsion autour de l'axe Z sont à envisager, et pour un faible rayon de cette circonférence C.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de liaison entre deux structures (1, 7) propres à subir des déplacements relatifs limités en translation selon trois axes orthogonaux deux à deux (X, Y, Z), ainsi que des déplacements relatifs en rotation autour de ces mêmes axes, caractérisé en ce qu'il comporte des articulations cylindriques (A) disposées sur une circonfé¬ rence (C) centrée sur l'un (Z) desdits axes et parallèle au plan (P) défini par les deux autres axes (X, Y), ces articu- lations (A) étant constituées chacune par au moins deux tubes rigides cylindriques (11, 12) et coaxiaux entre lesquels est adhérisé un manchon (14) de matière élastique, le tube extérieur (12) étant solidarisé de l'une desdites structures (1) et le tube intérieur (11) étant solidarisé de l'autre structure (7), et en ce que chacune de ces articula¬ tions (A) est disposée de sorte que son axe (a) soit à la fois parallèle au plan précité (P) et tangent à ladite circonférence (C).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites articulations cylindriques (A) sont au nombre d'au moins trois.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, carac¬ térisé en ce que chaque articulation cylindrique (A) comporte un tube intérieur (11) monté sur un axe (10) porté par une chape (9) solidaire de l'une (7) desdites structu¬ res, et un tube extérieur (12) monté dans un bloc évidé (13) solidaire de 1'autre structure (1).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica¬ tions précédentes, caractérisé en ce que le plan (P) des- dites articulations cylindriques (A) est situé le plus près possible du centre de gravité de l'une desdites structures, afin de limiter les couples de basculement.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica¬ tions précédentes, caractérisé en ce que l'une desdites structures est constituée par une bride (1) entourant l'arbre de sortie (2) d'une boîte de vitesses ou analogue, et 1'autre structure par le stator (7) d'un ralentisseur électromagnétique ou analogue, dont le rotor est solidaire dudit arbre (2).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce que les extrémités des manchons (14) sont conformées en butées (15) aptes à prendre appui sur les faces intérieures de ladite chape (9) pour limiter les débattements angulaires relatifs autour de l'axe (Z), entre lesdites structures (1, 7).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendica¬ tions précédentes, caractérisé en ce que lesdits manchons (14) sont arqués concentriquement à ladite circonférence (C), notamment lorsque celle-ci est de faible rayon.
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