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Dispositif de transmission de puissance fonctionnant au moyen de matières meubles, fluides ou solides.
L'accouplement entre un organe tournant moteur et un organe tournant entraîné a été jusqu'ici réalisé avec divers types de joints que l'on divise en joints rigides ou élastiques, dans lesquels les vitesses moyennes des deux organes tournants sont toujours égales et les joints à glissement, comme par exemple les joints hydrauliques et les joints centrifuges, qui admettent pendant un certain temps une différence de vitesse même considé- rable, entre un organe moteur et un organe entraîné.
Parmi les joints centrifuges on a proposé ceux à matière pulvérulente ou granuleuse qui ont formé l'objet de nombreuses
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études et expériences. La réalisation pratique de ces joints se heurte cependant à certaines diffécultés, parmi lesquelles on remarquera celle par laquelle aux grandes vitesses avec des glis- sements considérables, la grande chaleur engendrée par le frotte- ment et la pression centrifuge élevée à laquelle est soumise la matière concourent à provoquer une modification de l'état physi- que de la matière même qui s'agglomère en formations telles qu'el- les rendent le frottement entre deux organes instables ou non uni- forme avec un préjudice évident pour l'obtention d'une transmis- sion satisfaisante du mouvement.
On peut d'une certaine façon remédier à cet inconvénient en multipliant les joints, mais il est compréhensible qu'une semblable solution n'est pas économique et entraîne parfois des encombrements inadmissibles.
Selon la présente invention on a au contraire songé à élimi- ner ou réduire l'inconvénient mentionné ci-dessus en munissant les surfaces qui tournent mutuellement face à face, dans ces joints, de saillies ou de cavités susceptibles d'éloigner de l'axe de rotation la matière granuleuse, pulvérulente ou fluide et en disposant des conduits capables de ramener vers l'axe de rotation la matière ainsi centrifugée.
De cette manière la matière se trouve soumise à un mouvement de circulation continu dans les directions radiales à l'intérieur du joint et est par conséquent soustraite au risque de s'agglomérer ou de se localiser d'autre manière, avec les inconvénients indiqués; par conséquent l'en- combrement et le poids du joint pourront être maintenus dans des limites bien plus étroites, avec des avantages pratiques et écono- miques évidents.
Le dispositif selon l'invention, destiné à transmettre la puissance entre deux organes tournants, est constitué par une boîte solidaire de l'un des organes précités et contenant des matières meubles, c'est à dire pulvérulentes, granuleuses ou fluides et par au moins un disque solidaire de l'autre organe et
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pouvant tourner à l'intérieur de cette boîte. Le dispositif selon l'invention peut cependant fonctionner non seulement avec une matière pulvérulente mais aussi avec un liquide plus ou moins dense.
Selon l'invention les surfaces en regard de cette boîte et de ce disque présentent des saillies ou des cavités inclinées par rapport aux rayons dans le sens Remettant d'éloigner, pendant leur rotation mutuelle, ladite matière de l'axe de rotation et l'on prévoit des conduits permettant de diriger cette matière vers l'axe de rotation. En particulier, toujours selon l'invention, les ca- naux de retour de la matière sont obtenus au moyen d'une cavité périphérique médiane du disque (ou des disques) communiquant avec des ouvertures pratiquées dans les deux faces de ceux-ci. -On réa- lise ainsi une circulation convergente et confluant au centre du disque.
On a également trouvé que l'on peut, dans certains cas, rem- placer la circulation convergente par une circulation divergente et ceci constitue un des objets de la présente invention.
Pour mieux expliquer l'invention, elle sera maintenant décrite plus en détails en se référant aux dessins annexés ; cesdessins représentent schématiquement plusieurs formes de réalisation mais ils ne sont donnés 'qu'à titre d'exemple et ne sont pas destinés à limiter pour cela la présente invention.
.Dans les dessins:
La fig. 1 représente en coupe schématique une forme de réa- lisation du dispositif selon l'invention.
Les figs. 2, 3, 4, sont des coupes d'autres formes de rainures.
Les figs. 5, 6, 7 représentent les diverses allures des rai- nures,
La fig. 8 est l'agrandissement d'un détail en perspective;
Les figs. 9 à 14 sont des schémas de fonctionnement.
Les figs. 15,16, 17 représentent d'nautres medesnde
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La fig. 18 représente une réalisation dans le cas, d'un seul . disque.
La fig. 19 la même realisation dans le cas où il y a trois disques.
La fig. 20 représente un autre mode de réalisation.
Dans la forme de réalisation de la fig. 1 le joint se compose d'un carter réuni à un arbre 2 et renfermant un disque 3 réuni à un autre arbre 4. On suppose ci-après que les deux ar- bres sont coaxiaux, bien qu'ils puissent aussi former un certain angle entre eux. Le disque 3, toutefois, n'est jamais en contact avec le carter 1, mais entre ces deux pièces est interposée une certaine quantité de matière meuble, qui peut être fluide ou pul- vérulente ou granuleuse.
Les surfaces en regard du disque et du carter sont pourvues de rainures 5 qui peuvent avoir une section triangulaire -fig. 2- ce semi circulaire -fig. 3- ou rectangulaire -fig. 4- ou à allu- re rectiligne -fig. 5- , à développante -fig. 6- ou à spirale -fige 7- ou autre, mais toutes ou une partie sont inclinées par rapport aux rayons passant en chacun de leurs points dans un sens pouvant provoquer une poussée sur la matière meuble vers la péri- phérie. Ces rainures peuvent être remplacées par des partie,s autre discontinues d'une/Forme géométrique quelconque qui soient sus- ceptibles de produire un effet équivalent.
Le disque 3 présente en son milieu une cavité 6, de préfé- rence s'élargissant vers l'arbre 4 et se terminant par une série de fenêtres 7 tournées vers les parois du carter 1. On peut pra- tiquement disposer une bague rétrécie 8 en regard des fenêtres et une bague analogue 9 sur le milieu de la périphérie intérieure du carter, jouant toutes deux le rôle de déflecteurs. Pour faciliter le montage et l'exécution, les pièces circulaires rétrécies 8 et 9 peuvent être des éléments indépendants montés sur le carter 1 et sur-le disque 3. Pour les-mêmes raisons le disque 3 peut être
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en deux parties.
Dans le fonctionnement du joint élémentaire selon l'in- vention, supposé chargé avec de la matière pulvérulente, il est opportun de distinguer: a) Le fonctionnement à régime 'stationnaire. b) Le fonctionnement avec glissement.
Naturellement le joint se trouve dans la condition a) c'est- à-dire à régime stationnaire et le glissement est nul. Le glis- sement étant nul, la consommation de l'énergie de la part du joint est également nulle. (Ce qui le distingue favorablement des joints uniquement hydrauliques qui nécessitent une consom- mation continue d'énergie). Par conséquent la poudre ou la substance granuleuse contenue dans l'intérieur de la boîte est dans chaque cas immobile par rapport à cette dernière et par conséquent aussi par rapport au disque. La poudre se trouve sou- mise à l'action des forces centrifuges qui engendrent en premier lieu dans la masse pulvérulente des pressions dirigées comme les forces centrifuges, c'est-à-dire dans le sens radial vers l'ex- térieur. L'équilibre dans le sens radial est rétabli par la réac- tion de la surface extérieure de la boîte.
Etant donné qu'il s' agit non d'un corps solide mais d'une poudre, la pression primai- re (celle radiale)se répercute, bien que non pas intégralement comme dans le cas d'un liquide, mais aussi dans le sens axial c'est-à-dire parallèlement à la direction de l'axe de rotation.
L'équilibre est ici établi d'un côté par les parois de la boîte, de l'autre par les faces du disque même. En supposant que l'on applique le couple moteur à la boîte, ou le couple résistant au disque (rotor), couple qui est égal et opposé au premier, la boîte et le rotor tendront à prendre un mouvement de rotation relatif (glissement).
Ce mouvement est cependant empêché par les forces de frottement entre la-poudre, la boîte et le disque,
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qui sont engendrées justement en raison de l'existence des pres- sions, dues directement et indirectement aux forces agissant dans le joint, qui agissent normalement aux surfaces opposées aux forces de frottement qui s'opposent à toute tentative de translation mutuelle, ce qui les distingue des réactions hydro- dynamiques qui, dans le cas des joints hydrauliques, nécessitent pour se manifester que la translation mutuelle soit déjà en action. Pour cette raison le joint selon l'invention avec de la matière pulvérulente ou granuleuse peut fonctionner même sans aucun glissement, c"est-à-dire avec un rendement de 1.00¯ %,..
Le glissement demeure nul tant que le couple transmis d'un arbre à l'autre à travers la substance pulvérulente ou granuleu- se demeure inférieur au couple maximum que, pour un nombre de tours donné, les forces de frottement sont à même d'engendrer.
Après avoir dépassé cette limite, on constate au contraire un glissement (cas b). La valeur de ce couple critique pour la- quelle commence le glissement dépend, pour un nombre de tours donné du diamètre du disque et de la forme des parties disconti- nues qui conformément à la. présente invention, sont appliquées aux surfaces du disque et de la boîte par la masse et par la densité de la matière pulvérulente ou granuleuse en circulation.
Lorsque le joint glisse, il y a toujours dispersion d'éner- gie en son intérieur. Cette énergie, qui sert généralement du moins en partie, à alimenter les déplacements de la poudre par rapport à la boîte et aux disques, mouvements qui étaient nuls lorsque le joint travaillait à régime normal c'est-à- dire sans glissement, se transforme ensuite en définitive en chaleur, la dissipation de cette chaleur constituant un problème corollaire qui a été résolu par des procédés formant l'objet des brevets antérieurs du demandeur.
Le couple transmis lorsqu'il y a glissement, ainsi que le couple maximum tranamissible sans glissement, sont fonction, pour
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un nombre donné de tours de l'arbre moteur, du diamètre du dis- que, de la forme des parties discontinues des surfaces, de la masse et de la densité de la matière contenue, de la grandeur et de la vitesse relative des deux parties du joint, la partie motrice et la partie entraînée.
Lorsque le joint se trouve dans la condition bu, de fonc- tionnement avec glissement, se produit la circulation de la matière pulvérulente ou granuleuse qu'il contient, dans le sens radial indiqué par les flèches de la Fig. 1.
A la translation de la matière s'oppose une partie delà masse de celle-ci et plus exactement celle contenue dans la chambre 6, Fig. l, du disque avec une force qui est fonction de la poussée centrifuge qu'axerce sur la matière même le disque lorsqu'il commence à tourner.
Plus la rotation du disque est considérable, plus grande est la poussée sur la masse en "6", ainsi que la résistance à la circulation qui est par suite normale aux surfaces de travail et par conséquent plus.grand est le couple transmis.
Le fonctionnement du joint peut utilement être comparé à celui d'une pompe qui met en circuit un élément fluide, devenant par l'effet centrifuge d'opposition précité toujours plus dense et qui, par suite, engendre dans la pompe une résistance toujours accrue à la suite de l'augmentation des forces de frottement résultant de l'état de tension ou de pression de la matière en circuit, état de tension dû, dans ce cas particulier, aux ac- tions centrifuges ou cinématiques des masses opposées.
Ces actions peuvent déterminer des états de compression tels qu'ils rendent temporairement solide la matière ou assimilable à un solide, ce qui donnera comme résultat de bloquer entre elles les deux parties de la pompe.
Le fonctionnement du joint élémentaire décrit ci-dessus peut être encore mieux compris en se reportant à la Fig. 9, dans laquelle on a désigné schématiquement par A la partie de la
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cavité comportant des rainures ou saillies et par B la partie à surfaces lisses, la circulation de la matière meuble se pro- duisant suivant la direction indiquée par les flèches. Cette matière est soumise à. trois sortes de forces, désignées res- pectivement par EP, ECs et EC.
EP est la poussée appliquée sur la matière par la rotation relative en sens opposé des surfaces discontinues, ECs est la poussée par effet centrifuge dans la même partie de la cavité, tandis que EC est la poussée par effet centrifuge dans la partie à parois lisses. ECs et EC ne sont pas égales dans la phase de glissement, parce que le mouvement de rotation de la matière dans les deux parties est généralement différent. Quand il y a un glissement relatif entre les deux parties du joint, EP + ECe EC, tandis que les deux termes sont égaux lorsqu'il n'y a pas de glissement.
Il est évident que, pour obtenir un bon fonctionnement du joint, il faut rendre EP aussi grand que possible, et EC le plus petit possible, et ceci en réalisant de la façon pratiquement plus efficace la forme et la distribution des parties disconti- nues et la forme et les dimensions du conduit ou des conduits le long desquels la matière est ramenée dans le cycle, de façon à en faciliter au maximum le mouvement de circulation. La trans- mission du couple dans un joint suivant l'invention est réalisée seulement dans l'un des sens de rotation, le joint est donc ir- réversible et cette caractéristique particulière assure une qua- lité complémentaire au joint qui, dans certaines conditions dé- terminées, produit les effets d'une roue libre ou plus exacte- ment est débrayé.
Dans un véhicule ou dans une machine en mouvement, lorsque l'effort moteur cesse, c'est le véhicule ou la machine même qui par son inertie restitue le couple. L'inversion du rôle des parties se produit donc ; que normalement (voir Fig. 8) lorsque le couple est transmis de la partie motrice 1 à la partie
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entraînée 3, les parties tournant dans le sens des flèches, les rainures divergent vers le bas et la matière est poussée vers la périphérie, voir schéma de la Fig. 10 dans le cas de restitu- tion de couple (couple de retour) ce sera la partie conduite 3, voir schéma de la Fig. 11, qui deviendra motrice et la partie motrice 1 qui opposera de la résistance.
Le glissement relatif entre les parties provoquera une déviation des rainures vers le haut et la translation de la matière 11 vers le centre avec comme résultat la rupture du circuit, passant de la condition de la Fig..l2' à celle de la Fig. 13 et ensuite de celle de la Fig.14 qui ne pourra plus être reconstituée, étant donné que l'action motrice opposée persiste, parce que l'effet de pompe inverse sera suffisant pour s'opposer à la tendance des forces centrifuges de projeter la matière vers la périphérie.
Les deux parties-du joint seront donc libérées de toute résistance, à l'exception de celle engendrée par frottement dans la zone centrale (Fig. 14) par la matière qui s'y est accumulée, résistance qui aura des valeurs infimes, pratiquement négligeables, et celle engendrée par l'op- position des pompes à la matière poussée vers la périphérie par les formes centhifuges, elle aussi d'une valeur minime et, comme les premières , pratiquement négligeables, entre certaines limi- tes bien définies et variables à volonté.
Par rapport à ces limi- tes qui sont fonction de la quantité ou du volume de l'agent contenu dans le joint, l'effet'de roue libre ou de débrayage peut se produire à certaines vitesses de rotation et non au-delà, ou bien il peut ne pas se produire du tout mais engendrer une résistance donnée, cependant toujours inférieure à celle que l'on rencontre aux conditions normales de fonctionnement qui peut constituer dans le joint une condition qui est parfois désirée, pour certaines conditions de fonctionnement de la ma- chine à laquelle le joint est appliqué. Etant donné que les joints monodisques sont irréversibles, c'est-à-dire fonctionnent en transmettant le couple maximum seulement dans un sens,
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l'accouplement de deux joints égaux à effet contraire permettra le fonctionnement dans les deux 'sens de rotation.
Dans ce cas, les joints monodisques jumelés et opposés pourront être accouplés comme à la Fig. 15, au moyen d'une couronne périphérique d'axes 12, ou bien constituer un seul bloc, Fig. 16, dans lequel l'ac- tion des disques 3 est partagée par un diaphragme central 13 dont les surfaces présenteront les mêmes caractéristiques de discon- tinuité que les surfaces respectives des boîtes individuelles, que le diaphragme remplace.
Dans le dimensionnement des joints suivant la présente inven- tion, il peut être nécessaire d'imposer, pour des raisons de fonctionnement qui dépendent de la vitesse de rotation ou bien simplement à cause de l'encombrement, une limitation à leur dia- mètre et par suite à leur capacité, par conséquent pour atteindre les capacités désirées, lorsqu'un disque du diamètre maximum admissible ne suffit pas, le joint est constitué par plusieurs disques en liaison avec un même axe et séparé par des diaphragmes solidaires du carter constituant avec ce dernier autant de com- partiments dans chacun desquels on placera un disque.
La Fig. 17 représente un joint à plusieurs disques : 1 est le carter en liaison avec l'axe 2. 12 désigne les diaphragmes teliés à ce même carter (côté gauche de la figure ou constituant des éléments de la partie droite même de la figure), 3 sont les disques en liaison avec l'axe 4. La matière utilisée ou élément de transmission peut, ainsi qu'il a été indiqué plus haut, être un liquide, une poudre ou un ensemble de grains. Etant donné que le joint présente sa meilleure condition de fonctionnement en utilisant comme élément de transmission de la matière en poudre, on indiquera les poudres qui sont préférables, comme le graphite, le talc ou autres qui aient les mêmes caractéristi- ques lubrifiantes et la possibilité d'endurer des températures élevées sans modifier leur état et leur structure chimique.
Ces poudres peuvent être utilisées après un processus préparatoire de broyage les réduisant au préalable en l'état de très fine
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subdivision compatible avec les actions thermiques et mécaniques qu'elles devront subir dans les joints. Les joints selon la pré- sente invention trouvent leur application particulière sur tou- tes les machines et les véhicules mus par des moteurs pour accoupler ceux-ci à la transmission réalisant leur translation ou mouvement.
Leurs caractéristiques principales sont les suivantes : a) Application graduelle, progressive, de l'effort moteur aux masses de l'agent inerte. b) Transmission graduelle, progressive, du couple de la partie menante à la partie menée. c) Suppression de tout choc de torsion ou des vibrations, et des surcharges du moteur.
(Pointes de dépassement du couple critique caractéristique). d) Emploi du couple résistant d'une machine ou d'un véhicu- le c'est à dire de sa masse d'inertie pour provoquer le débraya- ge des joints (roue libre) qui rend l'indépendance parfaite aussi bien au moteur qu'au véhicule ou machine. e) Limitation du couple transmis à la machine permis par les caractéristiques de construction et de fonctionnement des joints (dimensions, coefficient de frottement et quantité de matière contenue, vitesse de rotation, glissement, forme; in- clinaison et nombre des parties discontinues. f) Possibilité de fonctionner avec n'importe quelle matière meuble, liquide, pulvérulente ou granuleuse.
La fig. 18 représente un dispositif de transmission de puissance dans lequel le circuit est séparé en deux cours dis- tincts divergents au lieu d'être convergents et confluants au centre du disque.
A la fig. 18, le carter est désigné par 1 et en 2 sont in- diquées les parois circulaires internes sur lesquelles peuvent être appliquées ou creusées les parties discontinues 5 détermi- nant "l'effet de pompe" déjà décrit.
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Le disque est désigné par 3 et, sur ces surfaces, peuvent être appliquées ou creusées les parties discontinues 5 décrites précédemment.
Dans les chambres ou conduites 4 passe l'agent transporté à la périphérie par les surfaces actives 5 et 8 du disque et des diaphragmes et il revient au centre, en traversant les chambres 6, en passant par les fenêtres circulaires 7.
Dans le cas d'un dispositif de transmission de puissance à plusieurs disques, ce dispositif présente la forme représentée à la fig. 19, donnée à titre d'exemple non limitatif de sa forme de construction. 1 désigne les couvercles; 2 les disques, 3 les diaphragmes; 4 les conduites d'amenée; 5 les conduites de retour qui conduisent la matière de deux chambres adjacentes dans le sens indiqué par les flèches. 1 et 3 constituent la boîte ou carter du dispositif, généralement relié à la partie mo- trice. Les disques 2 avec l'arbre sont au contraire reliés à la partie entraînée.
La fig. 20 représente un troisième mode d'établissement des circuits également applicable à des dispositifs de transmis- sion de puissance à un ou plusieurs disques dans lequel le car- ter 1 forme, en liaison avec le disque 2, d'un côté la partie active 3 de la conduite, tandis que le restant de la conduite, désigné par 4 représente le compartiment de retour. Le circuit est fermé par les ouvertures circulaires 5.
REVENDICATIONS.
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