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Pour protéger les pièces de machines contre les surcharges .qui peuvent en endommager les détails essentiels, on utilise des accouplements de sûreté ou de secours, ce qu'on nomme les joints brisés, les disques de rupture, etc... entre une pièce de com- mande et une pièce commandée. Le fonctionnement de ces accouple- ments est basé sur le fait qu'on provoque l'interruption du fonctionnement d'une pièce faible en cas de surcharge.
Cependant l'expérience a montré que des pièces de ce type sont souvent sujettes à la fatigue qui, au bout d'un certain temps, les fait s'interrompre à des charges considérablement plus faibles que celles qui avaient été prévues.
La présente invention est un accouplement de sûreté de sur- charge (de secours) prévu pour éviter des ruptures dues à la fatigue et permettre de modifier continuellement la résistance des joints de rupture. Il est caractérisé principalement par un joint de serrage conique d'une nature telle que l'accouplement
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débraye du fait d'une surcharge sans provoquer de grippage, et que ce joint maintient ensuite les pièces de l'accouplement séparées au moins aussi longtemps que dure la surcharge.L'accou- plement en question peut être appliqué à des joints de torsion (joints transmettant le couple de torsion) aussi bien qu'à des 'joints transmettant les forces de traction et de compression.
Durant bon nombre de décades, on a consacré une somme considérable de travail à résoudre les problèmes liés aux joints de rupture dont la présence est une nécessité, en particulier dans la technique des laminoirs. Le problème le plus difficile a été de réaliser un joint de rupture sur chaque tourillon de pignon sortant. On n'avait utilisé jusque là, entre l'engrenage moteur-pignon qu'exclusivement des accouplements comportant des boulons de rupture, boulons qui sont cisaillés lors der surchar- ges. Il a pu se faire de ce fait qu'un ou deux cylindres aient un couple de torsion trop élevé, ce qui pourrait provoquer la rupture des cylindres et des accouplements universels sans que les boulons de l'accouplement principal soient cisaillés.
D'un autre côté, les boulons de l'accouplement principal ont souvent été coupés du fait de la fatigue ou lorsque des tensions dues à la torsion, mais non dangereuses pour les machines, apparaissent sur, par exemple, trois cylindres en même temps (laminoirs trio).
Ceci peut provoquer, tout spécialement dans les laminoirs à blooms, l'arrêt des lingots incandescents entre les cylindres et des fissures, dues à la chaleur, d'où peut résulter la rup- ture des cylindres. L'espace prévu en direction radiale pour les accouplements universels ou à trèfle entre le support du pignon et celui où se trouvent les cylindres, ne permet pas de mettre des joints de rupture du modèle conventionnel à cause du couple de torsion élévé.
Durant les sept dernières années, on a réalisé des accou- plements universels sur les laminoirs, destinés au serrage sur
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les pignons ronds et des tourillons de cylindres ayant une conicité de 1:30. -Lors de surcharges, la tête de l'accouplement tourne sur le tourillon, ce qui permet aux deux parties dont il est composé d'adhérer l'une à l'autre et la tête d'accouplement grippe le tourillon et ne peut être démontée.
Toutefois si le joint de serrage est constitué par un cône d'environ 1 : et un manchon.en fonte ou analogue, qui, au moyen d'une poudre de carbure de silicium ou par serrage à chaud ne peut tourner autour du tourillon lors d'une surcharge, on obtient un glissement si rapide en direction axiale (environ
45 en spirale) que la production de chaleur est sans importance et que les surfaces du joint demeurent en bon état. En vue d'em- pêcher, après surcharge, les surfaces de serrage de glisser l'une sur l'autre, on adapte des ressorts, des ressorts à cuvet- te, par exemple, qui maintiennent les surfaces de serr ge sépa- rées.
La tête d'accouplement s'arrête de.tourner et vient reposer dans un manchon extérieur renfermant la tête d'accouplement, tandis que le tourillon peut continuer à tourner., Cependant un autre problème, également difficile à résoudre, a été de réali- ser un joint de rupture pour les efforts trop élevés dans les cylindres, les cisailles', les presses à vis, etc... Le modèle le plus usuel de dispositifs de sécurité pour la protection contre les déformations dues à la flexion dans les cylindres était lui disque.de rupture (voir figure 9 du dessin ci-joint) en fonte ou en acier, qui était placé entre les vis de pression et la boite de paliers. Il a, cependant, généralement été remplacé au bout d'un certain temps par une masse de fer solide, car il était ou trop faible ou trop fort, suivant la fatigue, et il provoquait des flexions supplémentaires.
Toutefois, après les essais cou- ronnés de succès avec les joints de rupture de torsion, cités -ci-dessus, ce problème a été' résolu au moyen d'un joint conique,
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même pour les forces de compression ou de traction (voir ci-des- sous).
L'invention est décrite dans le détail en se référant aux divers exemples de réalisation qui suivent, et les dessins annexés représentent ces exemples de réalisation.
Les fig. 1 et 2 représentent des sections d'un joint de rupture appliqué à des accouplements universels de laminoirs.
La fig. 1 représente une section suivant I-I de la fig. 2, et La fig. 2 représente une section suivant II-II de la fig. 1.
La fig. 3 représente une section axiale d'une autre applica- tion.
La fig. 4 représente une section axiale du joint de rupture prévu pour les efforts de compression, et disposé par exemple en- tre la vis de pression et la boite de paliers.
La fig. 5 représente une section axiale d'un joint prévu pour les forces de compression suivant la réalisation mentionnée plus haut, mais permettant au joint d'être à nouveau rapidement comprimé au moyen de la pression hydraulique lorsqu'il prend du jeu du fait de surcharges.
Les fig. 6 et 7 représentent des sections axiales de joints de rupture analogues;pour les efforts de traction et la fig. 8 des sections axiales.d'un joint prévu pour les efforts de com- pression aussi bien;que pour les efforts de traction.
Suivant les exemples des figures 1 et 2, l'invention est appliquée à des tourillons de pignons sortants protégeant chaque cylindre contre les surcharges.
Dans la figure 1, seule une petite'partie du support du pignon est représentée à gauche. 1 indique les tourillons de pignon sur lesquels les accouplements sont adaptés. 2 indique la tête d'accouplement et 3 un manchon renfermant cette dernière 4 indique les arbres d'accouplement. L'accouplement lui-même est un accouplement universel et'ses pièces de glissement sont indi-
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qaées par 5. Les détails de cet accouplement ne sont pas décrits ici, étant donné qu'ils ne constituent pas une partie de l'in- vention.
Suivant l'invention, l'accouplement de sûreté de surcharge est disposé comme suit: Un manchon 6, de préférence en fonte, ,est emmanché à chacun des tourillons sortants 1 du pignon. Ce manchon est légèrement conique-en partant du cylindre. Sa coni- cité est de 1 : 30 au moins. La tête d'accouplement de conicité intérieure correspondante, est emmanchée sur ce manchon 6 et le manchon 3 est situé autour de sa partie intérieure, qui sert en même temps d'obturateur à labyrinthe des paliers du pignon.
Autour de la partie extrême extérieure se trouve un manchon 7, et un ressort 9 est inséré entre une bride 8 située dans la tête d'accouplement et le tourillon'du galet (pignon). 10 indique une tuyauterie prévue pour l'introduction de liquide s@@s pres. sion, de l'huile de préférence, entre les surfaces coiiiques.
Un conduit de pression convenable (non représenté) est relié à la tuyauterie en 12 pour l'assemblage et le démontage éventuel de la tête d'accouplement.
Lors d'une surcharge, le manchon 6 glisse dans la tête d'accouplement 2 et la transmission de force est interrompue. La tête d'accouplement cesse de tourner et peut reposer dans le manchon extérieur 3 tandis que le tourillon peut continuer à tourner. Dans l'intervalle, les ressorts 9 maintiennent les piè- ces d'accouplement séparées.
Lorsque l'accouplement est réassemblé, l'arbre d'accouple- ment 4 est retiré et la tête d'accouplement est arrêtée dans la position d'accouplement sur le manchon 6 à l'aide d'une injec- tion d'huile, sur les surfaces de serrage et d'un vérin, suivant, par exemple, le brevet suédois ? 121.560, ou encore par serrage à chaud. ,
La figure 3 indique, dans son principe, la même forme de
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réalisation que les figures 1 et 2, mais dans ce cas le couple de torsion est transmis par les engrenages 14-et 13 de l'arbre 1.
Des pièces ayant la fonction et la forme des figures précédentes ont les mêmes numéros de référence. On a pris l'exemple d'un la- minoir universel trio où l'arbre s'arrête dès qu'il est exposé à un couple de torsion tel que le joint de serrage prenne du jeu.
Le joint de rupture est ici disposé dans la roue dentée 13; 13a et 13b sont des roulements à billes disposés entre la roue den- tée 13 et le tourillon d'arbre 1, et 18a est un roulement à bil- les disposé entre le tourillon d'arbre 1 et la boite de paliers 18 du cylindre. Ici aussi la roue dentée 13 est tenue écartée des surfaces de serrage, à l'aide d'un ressort ou analogue 9, inséré entre le support de palier 16 et la roue 13 et reposant contre la voie de roulement intérieure 13b du roulement à billes extérieur. Le manchon intérieur 6 peut être convenablement emman- ché à l'arbre, éventuellement avec de la poudre de carbure de Silicium sur la surface de serrage, ce qui augmente le frotte- ment, de telle sorte que la surface de serrage intérieure peut glisser sur le tourillon d'arbre lorsque le joint de serrage extérieur prend du jeu.
Le manchon 6 peut naturellement être supprimé et le tourillon d'arbre être conique. 17 est une enve- loppe de tôle entourant la totalité du dispositif. Lorsque le joint de serrage s'arrête de fonctionner du fait de l'apparition d'un couple de torsion tropélevé, la roue dentée 13 est dépla- cée par le ressort 9 en direction axiale, évitant tout contact avec le manchon 6, mais la roue dentée 13 peut tourner sur les roulements à billes 13a et 13b.
La figure 4 représente-un. joint de rupture prévu pour les efforts de compression, où le manchon extérieur 18 est serré à chaud ou monté par le procédé à l'huile sous pression, voir tuyauterie 10, 12. Le manchon extérieur 18 peut être par exemple en acier trempé et le manchon intérieur 19 en fonte pour éviter
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que les surfaces de serrage n'adhèrent l'une à l'autre lorsque le joint prend du jeu du fait des surcharges. Comme il n'y a pas d'efforts de torsion, le cône peut être choisi de façon assez arbitraire, 1:30 ou 1:12 par exemple. Le rapport 1:30 est consi- déré comme connu dans l'introduction, c'est-à-dire lorsqu'il ,s'agit de joints soumis à des efforts de torsion.
D'autre part, on n'a jamais utilisé, à la connaissance de la demanderesse, de joints coniques de serrage pour les efforts de traction ou de compression.
Dans la figure 5, le même joint de rupture a été pourvu d'un cylindre inférieur de pression à l'huile comportant un con- duit d'admission 20a pour le cas où le joint de rupture 18, 19 commence à travailler. Si on insère un ressort 21 entre le fond 22 et la surface 23 de la partie intérieure, le joint de rupture peut être immédiatement comprimé, éventuellement par des )ompes à huile montées en permanence, pour pouvoir être utilise à nou- veau.
Les joints de rupture tels que ceux des figures 4'et 5, peuvent remplacer l'ancien type de disque de rupture de la figu- re 9 pour les laminoirs par exemple.
Les figures 6 et 7 représentent des joints de rupture simi laires pour les efforts de compression. La tête d'accouplement consiste en trois parties A, B et C reliées dans le sens axial.
Dans la figure 8, le joint de rupture qui absorbe les efforts de traction doit être assemblé en premier lieu.
Comme la résistance du joint de rupture dépend de la pres- sion exercée sur la surface de serrage et du coefficient de frottement, il est possible de régler, par des butées de diver- ses résistances, les efforts de traction ou de compression ou le couple de torsion de rupture auquel le joint s'arrête de fonctionner. Comme le coefficient de frottement demeure presque constant, on peut obtenir un' joint de rupture exactement régla-
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ble, indépendamment des phénomènes de fatigue pour lesquels on utilisait jusqu'ici des accouplements de rupture et des boulons.
Les accouplements de sûreté de surcharge suivant cette inven- tion conviennent spécialement aux laminoirs, presses, cisailles et aux engins mécaniques en général.
Au lieu de fonte comme matière dont sont constitués les manchons 6, et les tourillons 19, il est possible d'utiliser, par exemple, de l'acier trempé ou de l'acier chromé ou quelque alliage métallique. On détermine l'angle de conicité approprié pour ces divers matériaux.