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PERFECTIONNEMENTS aux ACCOUPLEMENTS à FRICTION à DISQUES MULTIPLES
Toujours difficile à résoudre de façon vraiment satisfaisante, le problème de l'embrayage et du débrayage apparaît comme particulièrement ardu lorsque, pour transmettre un couple de valeur élevée, on cherche à réaliser un dispositif de contrôle facile et d'encombrement acceptable.
La présente invention concerne spécialement les dispositifs d'embrayage à disques multiples, qui présentent dans un volume relativement restreint une surface totale de friction considérable, et dont l'u- sage s'impose dès qu'il est nécessaire de transmettre un couple important en période de glissement prolongée,
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par exemple, quand il s'agit d'assurer le démarrage de trains lourds avec une locomotive à moteur diesel et à transmission mécanique, mais qui, dans l'état actuel de la technique présentent, à côté d'avantages marqués, des inconvénients graves auxquels la présente invention a pour but de remédier.
, En particulier, du fait de la résistance de frottement qui existe entre les disques et les cannelures ou clavettes d'entraînement, la pression de commande éprouve, lors de l'embrayage, une certaine difficulté à se propager uniformément d'une extrémité à l'autre de la série des disques. Il en résulte, tout au moins momenta- nément, d'un bout à l'autre de la série des disques, une sorte de dégradation de ladite pression de commande et cette dégradation a pour conséquence que la friction d'entraînement n'atteint généralement sa pleine valeur qu'avec un certain retard et souvent bien après la fin de la période de glissement.
Pour assurer le démarrage de l'arbre récepteur dans des conditions convenables, on est alors obligé d'augmenter la poussée de contrôle, ce qui a pour effet de surcharger les premiers disques et de produire des usures inégales entre les éléments de fric- tion.
Inversement, au moment du débrayage, la même résistance de frottement entre cannelures et disques empêche le relâchement de la pression de se propager instantanément et intégralement d'un bout à l'autre du dispositif. Pour assurer un débrayage total, on est obligé d'avoir recours à un dispositif auxiliaire pour produire l'écartement des disques. Ce dispositif est
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constitué généralement de la façon bien connue par des jeux de ressorts intercalaires et de tirants actionnés par le coulisseau de débrayage ; ilexige le réglage pério- dique de nombreux organes et son fonctionnement impose une longue course au coulisseau.
Ces inconvénients sont particulièrement désavanta- geux dans le cas des accouplements automatiques, dans les- quels la conjonction complète et le débrayage absolu sont respectivement provoqués par un accroissement au delà d'une valeur donnée et par une diminution en deçà d'une autre valeur donnée de l'action que la force centrifuge exerce sur des masses suspendues entraînées par l'arbre moteur.
Les inconvénients en question entraînant en effet une imprécision trop grande de ces deux valeurs de l'action centrifuge, pour que l'automaticité de fonctionnement puisse être assurée dans des conditions satisfaisantes. Le plus souvent la fin du glissement d'embrayage ne se produit qu'à une vitesse trop élevée de l'arbre moteur, alors que le débrayage partiel ne commence qu'au dessous d'une vitesse trop faible, c'est-à-dire pour un couple trop réduit, le débrayage absolu risquant en outre de ne plus être assuré, même à l'extrême vitesse du ralenti du moteur.
Il est donc du plus haut intérêt d'éliminer la cause qui provoque de tels inconvénients.
A cet effet la présente invention consiste:
10) en ce qui concerne les disques internes, à montes chacun d'eux sur un moyeu individuel à oannelures d'entrai- nement relié lui-même au moyeu principal par l'intermédiaire d'un élément élastique pouvant se déformer dans le sens de l'axe.
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20) en ce qui concerne les disques externes, à leur faire prendre contact aveo les cannelures de l'organe moteur , également par l'intermédiaire d'éléments/élastiques et déformables dans le sens de l'axe.
Tout en éliminant les inconvénients dont il a été parlé plus haut, les dispositions en question présentent en outre l'avantage indiscutable de jouer le rôle de flector entre,l'arbre moteur et l'arbre récepteur.
D'autre part, afin d'éviter d'imposer aux éléments élastiques dont il vient d"être parlé une fatigue inutile, l'invention consiste en outre, en vue de limiter à la valeur strictement nécessaire la pression de commande d'embrayage destinée à provoquer la mise en prise des disques, tout d'a- bord à monter télécospiquement chacune des masselottes de commande sur son levier de suspension, en interposant entre ces deux organes un ressort de compression convenablement taré, et en second lieu à limiter par une butée convenable la course maximum desdites masselottes.
Enfin, toujours suivant l'invention, de petits ressorts auxiliaires, interposés entre les leviers d'embrayage et l'organe moteur sur lequel ces derniers sont articulés, neutralisent en permanence une certaine fraction de l'effet centrifuge, grâce à quoi on évite' les arrêts de moteur intem- pestifs résultant d'une mise en prise prématurée au du main- tien en prise de l'embrayage pour une valeur insuffisante du couple moteur,
D'une façon générale, l'ensemble des moyens qui viennent d'être indiqués permet de réaliser un accouplement automatique de grande puissance, susceptible de satisfaire aux besoins actuels de l'industrie, présentant les avantages
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d'une grande facilité de contrôle et d'une parfaite sécurité de fonctionnement.
Sur le dessin annexé on a représenté, et ci-après on a décrit un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention et différentes variantes de réalisation, mais il va bien entendu de soi que ce mode de mise en oeuvre et ces variantes de réalisation pourraient être modifiés,dans leurs détails d'exécution et complétés par tout dispositif accessoire utile, sans pour cela que l'on sorte du domaine de l'invention
La figure I est une vue extérieure, avec demi-coupe axiale suivant 1-1 de la figure 3, de l'ensemble de l'appa- reil celui-ci étant à l'arrêt.
La figure 2 est la vue extérieure, de profil, d'un disque externe (moteur).
La figure 3 est une coupe suivant III-III de la fig.I,
Les figures 4 et 5 représentent une première variante de réalisation du moyeu récepteur, la figure 4 étant une coupe suivant IV-IV de la figure 5 et cette dernière étant elle- même une coupe axiale suivant le dièdre V - V de la figure 4.
Les figures 6 et 7 représentent une deuxième variante de réalisation dudit moyeu récepteur, la figure 6 étant une coupe suivant VI-VI de la figure 7 et cette dernière étant elle-même une coupe axiale suivant VII-VII de la figure 6.
Les figures 8, 9 et 10 représentent, de profil, le dispositif de contrôle de la friction dans trois positions différentes, qui correspondent respectivement au fonction- nement en glissement, à la conjonction complète pour une vitesse élevée, et au débrayage commandé pour une grande vitesse de l'arbre moteur.
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La figure II est une vue extérieure de face du dispositif précédent.
La figure 12 présente différents diagrammes montrant les avantages de fonctionnement et d'utilisation d'un dispositif d'embrayage réalisé conformément à l'invention.
Sur un arbre moteur I est fixé un manchon 2 comportant des ouvertures d'aération 3, des saillies internes formant clavettes 4, un certain nombre de paires de joues-supports 5-6, ainsi que des bossages guides 7.
Chaque. paire dejoues 5-6 porte d'une part, un levier de contrôle 8, monté sur un axe d'articulation 9, et, d'autre part, un galet de butée 10 tourillonné sur un axe II.
Chacun des bossages 7 sert de guide à un pous- soir 12 et de logement à un ressort 13, qui prend appui, d'autre part, sur l'une des extrémités du levier 8. Ce dernier comporte une douille déportée 14, dans laquelle peut se déplacer la tige de guidage d'une masse centri- fuge 15. Un ressort 16, monté avec tension entre la douille 14 et un collet terminal dont est munie la tige en question, maintient la masse 15 en liaison absolue avec le levier 8, aussi longtemps que la force centrifuge qui s'exerce sur ladite masse est inférieure à la tension initiale dudit ressort.
Le manchon 2 reçoit un flasque fileté 17 immobilisé par une couronne 18 également filetée et formant contre-écrou.
L'extrémité de l'arbre moteur I est tourillon- née à l'intérieur d'un moyeu récepteur 19, sur lequel
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sont montées un certain nombre de jantes rigides 20, qui lui sont reliées par l'intermédiaire d'éléments élastiques tels que des tôles ondulées 21 (voir figures I et 3), ou des tirants on fil d'acier 22 (première variante, voir figuros 4 ot 5), ou dos anneaux do caoutchouc adhé- rente 23 (deuxième variante, voir figures 6 ot 7).
Les jantos 20 comportent dos saillies-clavettes 24 et reçoivent chacune un disque do friction interne (récepteur) 25, qui ost susceptible do glisser parallèle- mont à l'axe, et qui comporte, outre les encoches usuelles servant au passage desdites saillies-clavettes, de larges évidements d'aération 26.
Les disques externes (moteurs), qui alternont avec les disques internes (récepteurs) précités, sont constitués chacun par une paire de flasques 27-28, conve- nablomont ontrotoisés et portont des lames flexibles 29, par l'intermédiaire desquelles ils prennent libroment appui sur los saillies 4. Un plateau compresseur 30, qui prond lui-même appui sur los dites saillies 4, est intor- posé, suivant la technique habituelle, entre 10 premier disque récepteur et l'ensemble des poussoirs 12. Le der- nier disque récepteur ost au contact du flasque 17 dont la. position est réglable.
Le manchon moteur 2 reçoit un coulisseau de débrayage 31 du type usuel.
Le moteur 19 est solidaire d'un arbre récepteur 32.
Les diagrammes do la figure 12 permettent d'ex- poser olairoment le fonctionnement et los avantages d'utilisation d'un tel dispositif.
Sur deux axes do coordonnées o x ot O V on a
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porté : en abcisses, les vitesses de l'arbre moteur et, en ordonnées, les couples maxima susceptibles d'être déve- loppés par le moteur, ainsi que les couples susceptibles d'être transmis par les organes de friction.
La courbe a, e, m, représente les couples utiles dont le moteur est capable, l'abcisse o, a, exprimant l'extrême vitesse de ralenti, c'est-à-dire la plus faible vitesse qui puisse être maintenue dans une marche à vide.
Conformément à la caractéristique des moteurs à explosion et à combustion interne, sa convexité est tournée vers le haut.
La courbe b, e, S, représente les couples sus- ceptibles d'être transmis. C'est 'un élément de parabole ayant pour axe o y, suivant la caractéristique de l'effet centrifuge.
Ces deux courbes se coupent au point e correspon- dant à l'abcisse o, d, sensiblement égale à la moitié de l'abcisse o, c, laquelle représente la vitesse de régime normal du moteur. L'ordonnée e, d, correspondante représente un couple assez voisin du couple maximum dont le moteur est capable. On réalise ainsi les meilleures conditions de fonctionnement, pour éviter une usure trcp rapide des garnitures des disques et pour obtenir une stabilité de marche suffisante. Encore faut-il, en rédui- sant au minimum l'effet d'hystérésis sur le contr8le de la friction, précisément par l'utilisation des moyens qui font l'objet principal de l'invention, assurer une certaine fixité à la valeur de o, d.
Il est en effet certain que ce phénomène
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d'hystérésis est considérablement réduit par les éléments élastiques interposés entre les disques et les clavettes ou cannelures d'entratnement, qui laissent pratiquement libre la transmission de la pression de contrôle dans les deux sens de propagation.
La position du point e sur la courbe du couple moteur ne dépend plus alors que des variations du coeffi- cient de frottement des garnitures, lesquelles sont relativement faibles. Par contre, si les disques sont hombreux et sont simplement montés suivant la technique habituelle, le régime de glissement s'établit en e1, lorsque la vitesse de l'arbre récepteur croît (embrayage normal) et en e2, lorsque cette vitesse décroît sous l'effet d'une charge excessive (débrayage partiel), impo- sant par suite une variation importante (e1 d1- e2 d2) du'couple transmis, mais imposant aussi à l'arbre moteur des vitesses o, d%1 et o, e2 trop différentes l'une de l'autre pour être compatibles avec une stabilité de fonctionnement suffisante.
Ainsi peut s'expliquer l'échec de nombreux constructeurs qui ont tenté de réaliser l'accouplement à disques de grande puissance à contrôle automatique .
La position du point e pouvant être fixée d'une façon suffisamment précise, il reste à fixer la position d'un deuxième point de la parabole, savoir le point b, d'ordonnée nille par exemple, qui correspond au débrayage absolu, et qui doit se situer, par conséquent à droite du point a , afin qu'nn puisse être assuré d'une bonne stabilité de marche aux plus basses vitesses du moteur.
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On y parvient facilement en jouant à la fois sur la tension du ressort 13, dont dépend la valeur de l'ordonnée c, k, et sur l'importance des masses 15, dont dépend la courbure du segment parabolique ; mais alors cet avantage est acquis au prix d'une pression excessive sur les disques, pour les vitesses normales du moteur, ce qui rend pénible la manoeuvre de débrayage et empêche le système de friction de jouer le rôle de limiteur de couple, en vue notamment de protéger les dispositifs élastiques qui font l'objet principal de l'invention.
L'ordonnée c, n, est en effet quatre à cinq fois plus grande que l'ordonnée c, m, alors qu'une ordonnée telle que 2, u, de 40 à 50% supérieure à la plus grande crdon- née du couple moteur serait amplement suffisante pour empêcher les glissements intempestifs.
On a donc trouvé utile de substituer à l'élé- ment de parabole s, n (prolongeant l'élément k,b,e,s) le diagramme brisé s,t,u, le segment t, u, étant parais lèle à l'axe o,x, la position des points s et t dépendant d'autre part de la tension et de la flexibilité des ressorts 16, ainsi que de la course permise aux masses 15 par les butées 10.
On peut suivre aisément le fonctionnement orga- nique du dispositif en se reportant aux figures I, 8 9 et 11.
Lorsque l'appareil est à l'arrêt ou lorsque l'arbre moteur tourne à une vitesse inférieure à la vitesse représentée par o, b, les leviers 8 sont, sous la poussée des ressorts 13, maintenus dans la position indiquée par la figure I, hors de contact avec les
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poussoirs 12 et butés contre le manchon 2. Aucune pression n'est alors appliquée sur les disques, dont la liberté de déplacement axial est telle que la friction rémanente est pratiquement néglige able. Le débrayage est absolu, et la marche du moteur est possible à l'extrême vitesse de ralenti .sans qu'il ait été nécessaire soit de déplacer le coulisseau 31, soit de mettre au point mort le méca- nisme de transmission.
Dès que la vitesse du moteur devient supérieure à la vitesse représentée par o, b, l'effet centrifuge sur les masses 15 prévaut sur la poussée antagoniste des ressorts 13. Les leviers 8 se redressent alors et prennent contact avec les poussoirs 12, comme indiqué par la figure 8, Les différents organes restent dans cette même position relative jusqu'au moment où la vitesse du moteur atteint la valeur e, v, pour laquelle la force centrifuge qui s'exerce sur les masses 15 devient égale en valeur absolue à la tension antagoniste des ressorts 16. Pendant cc temps la pression sur les disques varie avec la vitesse du moteur qui, pendant la durée du glissement, se stabilise à la valeur pratiquement constante o, d, pour croître ensuite, avec la vitesse de l'arbre récepteur, suivant les condi- tions permises par la résistance.
Enfin, dès que la vitesse dépasse la valeur o, v, la force centrifuge qui s'exerce sur les masses 15 devient supérieure à la tension des ressorts 16. Ces masses sont alors soumises à un déplacement radial qui les amène finalement au contact des butées 10, au moment où la vitesse des arbres atteint la valeur o, s, c'est- à-dire la valeur à partir de laquelle la pression cesse
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de croître sur les disques de friction et ne correspond plus, en fait, qu'à la tension constante finalement prise par les ressorts 16. C'est précisément cette tension qu'il suffit de vaincre pour obtenir le débrayage par l'action du coulisseau 31, les organes de contrôle prenant alors les positions indiquées par la figure 10.
Du fait de l'extrême mobilité axiale des dis- ques, la course utile du coulisseau est relativement faible, parce que la disjonction complète des surfaces de friction est obtenue tout naturellement dès que les leviers 8 perdent contact avec les poussoirs 12. Il est donc possible de prévoir un dispositif de commande du coulisseau très démultiplié n'exigeant que peu d'effort sur l'organe de manoeuvre.
L'usure des garnitures est facilement compensée au moyen d'un déplacement convenable¯du flasque fileté 17, à l'exclusion de tous autres réglages.
Un courant d'air favorable au refroidissement des disques pendant la rotation s'établit grâce aux évidements 26, aux espaces laissés libres entre les flas- ques 27 et 28, et aux ouvertures 3 du manchon moteur.
Enfin il est à remarquer que la faible course exigée du coulisseau, l'utilisation à des fins multiples des leviers usuels de débrayage, à l'exclusion de tous autres, et la souplesse angulaire de la ligne d'arbre généralement assurée par un flector supplémentaire, mais que donne ici par surcroît l'interposition des éléments élastiques 21, 22 ou 23, permettent d'établir l'appareil dans un encombrement longitudinal relativement réduit, ce qui constitue un avantage sérieux dans la plupart des cas d'application.