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"Perfectionnements apportés aux accouplements, notamment pour arbres destinée à transmettre- des couples élevés pour art etc. )11.
L'invention est relative aux accouplements et elle concerne plus spécialement (parce que c'est en leur eas que son application semble offrir le plus d'intérêt), mais non exclusivement, parmi ces accouplements, ceux destinée à des arbres de transmission supportant des couples élevés, comte c'est le cas pour des arbres d'hé- licea dans le navires
Bile a pour but, surtout, de rendre ces accou- plements tels qu'ils répondent mieux que jusqu'à présent aux divers desiderata de la pratique, notamment en ce qui
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concerne l'abserption des vibrations et l'absence de solrioitations dangereuses sur les paliers.
Elle consiste, principalement -- en même temps qu'à constituer 'essentiellement les accouplements du genre en question par deux éléments montée aux extrémités en regard des arbres menant et mené, et reliés tous deux à au moins un élément intermédiaire par des bielles, aveo de préférence'manchons ou rotules en matières plastique dans les articulations, le tout constituant une aorte de joint de Oldham - à utiliser, à la place de chaque bielle d'un système de ce genre, ou de certaines au moins de ces bielles, un faisceau de bielles de plus faibles sections, cette solution permettant,
dans l'application plus spécia- lement envisagée/de réduire dans de fortes proportions les contraintes sur les paliers d'arbres et sur les arbres eux- mêmes en cas d'imperfections d'alignement temporaire ou permanente desdits arbres.
Bile' comprend, mise à part cette disposition principale, certaines autres dispositions qui s'utilisent . de préférence-en même temps et dont il sera plus explioite- ment parlé ci-après, notamment : - une deuxième disposition consistant, dans des accouplements du type de ceux susvisée, en particulier dans le cas de faisceaux de bielles, à donner ces bielles une certaine élasticité longitudinale, éventuellement va- riable selon la situation des bielles.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'application.(notamment celui pour lequel on l'applique aux accouplements pour arbres de transmission, dans la mariner ainsi que certainmodes de réalisation, des
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dites dispositions ;et elle vise, plue particulièrement encore, et ce à titre d produits industriels nouveaux, les accouplements du genre en question comportant a?plica- tion de ces mêmes dispositions, ainsi que les éléments spéciaux propres à leur établissement et les ensembles, notamment les transmissions et les engins, qui les com- portent.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins oi-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnas surtout 'à titre d'indication.
EMI3.1
La fia. 1, do ces dessina, montre sohdmatiquenent un accouplement à bielles du type Oldham, auquel peut notamment s'appliquer l'invention.
Les fig. 2 et 3 montrent respectivement, en vue de face (projection sur un plan transversal à l'axe de rotation), et en coupe selon 111-111 fia.2,un accouplement de ce genre établi conformément à l'invention.
La tige 4 montre séparément en élévation, à plus grande échelle, portions en coupe, les bielles que comporte ledit accouplement, ces bielles étant aussi établies conformément à l'invention.
La fig. 5 montre, séparément en coupe et à plus grande échelle, selon V-V fig. 4, l'une des articulations desdites bielles.
Selon l'invention, et plus spécialement selon ceux de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se
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proposant d'établir un accouplement entre un arbre menant I et un arbre mené II, plus spécialement dans le cas de puissances ou couples élevés à transmettre, par exemple pour l'entratnement d'un arbre porte-hélices, dans un navire, on s'y prend comme suit ou de façon analoe.
Il convient d'abord de rappeler que, dans ce domaine, on s'était orienté, dans la technique classique, vers la réalisation de paliers très rigides, notamment pour maintenir un alignement rigoureux des axes des divers arbres que comporte la transmission, y compris ceux des réducteurs à engrenages.
Tout défaut de lianaae ou d'alignement est on effet de nature à engendrer des surcharges dans les paliers et des flexions d'arbres entre paliers, ce qui peut compro- mettre les conditions d'engrènement et entraîner des ruptures de dents,
Mais il est apparu que cette rigidité de l'ensemble de la transmission n'assure pas toujours la solution parfaite du problème, notamment du fait que, d'une part, on n'est jamais à l'abri de déformations de la structure du navire et, d'autre part, on ne peut pas éviter non plus la transmission, notamment en direction axiale,des vibrations engendrées par le fonctionnement des hélices.
Il semble donc préférable de s'orienter vers une autre solution, qui consiste à prévoir dans l'installation, à la sortie du moteur et/ou du réducteur, un accouplement présentant une élasticité convenable, notamment une déforma-' bilité élastique dans différentes directions de l'espace, cet ensemble devant répondre en particulier aux conditions suivantes ou à certaines au moins d'entre elles , a) assurer, en rotation autour de l'axe longitudinal moyen, la transmission dans les deux sens d'un arbre à
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l'autre du couple acteur muximal, avec une élasticité de torsion très réduite et telle en tout cas qu'elle ne déplace pas a préciablement la position des fréquences propres de torsion de l'ensemble de la transmission;
b) permettre, en toutes directions perpendiculaires audit axe moyen de rotation, dee défauts d'alignements perma- nente ou accidentels entre atbre menant ot arbre mené d'un ordre de grandeur de plusieurs dizaines de fois la valeur des tolérances admises pour les accouplements rigides, avec une flexibilité "radiale" relativement très grande et telle en tous cas que les réactions élastiques appliquées aux paliers des arbres du fait desdits désalignements restent largement compatibles avec le fonctionnement normal desdite paliers c) tolérer, en direction longitudinale, suivant ledit axe moyen de rotation,
des défauts d'alignements angu- laires permanents ou aooidentels entre arbre menant et mené d'un ordre de grandeur de plusieurs fois la valeur des tolérances admises pour les accouplements rigides, avec une élasticité "conique" relativement grande et telle notamment que les moments de flexion appliquée aux arbres du fait desdits défauts angulaires d'alignements puissent être considéras comme négligeables ;
d) présenter, en translation longitudinale, suivant ledit axe moyen de rotation, une flexibilité "axiale" relativement très grande et d'un ordre de grandeur en tous cas de plusieurs dizaines de fois la valeur de la flexibi- lité axiale des ensembles de butées-et supports de butée des arbres d'hélices,
L'obtention de ces diverses conditions permet de remédie,? aux inconvénients des montages rigides jusqu'à précent adoptés,
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Pour satisfaire à ces conditions, il est possible au technicien d'imaginer de nombreux modes de réalisation d'accouplements élastiques, mais il semble avantageux de recourir a des accouplements du type Oldham, avec bielles à articulations élastiques,
et en particulier selon les dispositions qui vont être maintenant décrites.
On rappellera préalablement que les joints du type Oldham, qui sont destines généralement à permettre un accouplement en rotation de deux arbres parallèles, mais présentant ou susceptibles de présenter des désaligné-* monte, comportent, dans la réalisation la plus classique, doux plateaux solidaires respectivement des deux portions en regard des arbres à accoupler, plateaux séparés par un élément rigide intermédiaire, assujetti vis-à-vis de ces derniers à deux liaisons orthogonales à coulissement radial. On sait que le centre de cet élément, en plus de la rotation d'ensemble, est alors animé, dans le plan radial, d'un mouvement circulaire, de diamètre égal au désalignement linéaire entre les deux arbres, et de vitesse angulaire double de celle de la rotation d'ensemble.
On sait également qu'il est possible de remplacer chaque liaison de coulissement radial par une liberté de translation équivalente, comme, par exemple, celle qui résulte de la cinématique d'un parallélogramme de Watt.
8'est cette solution qui est rappelée de façon schématique sur la fig. 1 des dessins.
L'élément intermédiaire susvisé, représenté en C sur les dessins, est relié par des bielles 1, 2, aux deux éléments ou plateaux A, B, respectivement (solidaires des portions d'arbres I, Il.
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Il y a deux biellen 1 de longueurs égales et également deux bielles 2 de lenteurs égales, les deux bielles 1 ou les deux bielles 2 (tant en position antipa- rallèle et substantiellement tanntielles à la rotation d'ensemble, en étant tourillonnées autour d'axes a, b, o, d, ou e, f, g, h, parallèles à la direction commune des deux arbres I et II, oe qui donne lieu à deux parallé- logrammes de Watt, l'un suivant le contour a,b, c,d, l'autre suivant le contour e,f,g,h. L'élément intermédiaire C est par exemple agencé schématiquement sous forme d'une aorte de bras radial 3 se terminant par deux têtes 4 sur lesquelles N'articulent les bielles.
Il est aisé de voir que les deux parallélogrammes de Watt susvisés, décalés angulairement, par exemple à 90 , donnent lieu, au moins dans une certaine zone autour de la position centrale d'alignement, sensiblement le même résultat que le joint de Oldham classique à coulissa- ment.
On a déjà proposé de tels joints, dans l'industrie, et en remplaçant leaarticulations tourillonnanteo rigides par des articulationsélastiques comprenant une douille annulaire de caoutchouc ou d'élastomère 5 adhérant par tout procédé connu aux surfaces en regard de deux douilles rigides concentriques respectivement solidai- res de la bielle et de l'axe de tourillonnement.
La déformabilité de ces articulations, due à la présence de la mairère oaoutchoutique, joue alors de la manière suivante :
1 ) leur déformabilité radiale (en général assez faible) confère néanmoins aux bielles qui les portent
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une certaine élasticité longitudinale (de compression ou extension) dans la direction tangantielle de transmission des couples moteurs.
2 ) la déformabilité conique (effet de rotule), autorise de légères inclinaisons latérales des bielles, (par rapport au plan théorique du tourillonnement rigide), et par là même une possibilité appréciable de désalignement angulaire des deux arbres accouplés, ainsi qu'une latitude de translation relative de ces mêmes arbres en direction axiale.
3 ) Leur déformabilité en torsion (tourillonnement élastique) assure la liberté d'excursion radiale de l'élément flottant intermédiaire, suivant la cinématique du parallé- logramme de Watt, mais en développant des rappels élastiques . proportionnels aux dites excursions, rappels dont les paliers des arbres supportent les réactions.
. Tel quel, ce type d'accouplement est utilisé avec succès pour l'entraînement par arbre creux concen- trique des essieux moteurs et suspendus de certaine! lo- comotives électriques (ALSTHOM).
L'invention vise'l'application de ces systèmes d'accouplements élastiques aux transmissions du genre des transmissions marine. Mais on constate que, dans cette application particulière (et dans d'autres du môme genre) interviennent des difficultés inhérentes notamment à l'importance des couples en jeu, difficultés qui amenèrent l'adoption de certaines dispositions spéciales visées ci-après.
Lee transmissions d'hélices des navires de fort tonnage sont caractérisées par l'importanse dos puissanees
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(15.000 à 30.000 oh, par exemple) appliques à des arbres tournant lentement (100 à 250 tr/in.in., par exemple).
Les couples moteurs correspondants sont donc extrêmement élevée (50.000 à 250.000 mkg). Pour transmettre ces oouples par dee accouplements d'encombrement diamétral relativement restreint (2,50 à 3,50 m) il faut tabler, à des rayons effectifs d'environ 0,8 à 1,25 m, sur des efforts tangentiels de l'ordre de 60.000 à 200.000 kg.
Bien qu'il ne soit paa exclu, toujours dans le catir@ de l'invention, d'utiliser de joints du type susvisé (fig. 1), avec des manchons ou rotules élastiques, il est à noter que chaque articulation élastique de bielle supportera la moitié de l'effort tangentiel total (30.000 à 100.000 kg), alors que les charges uni-taires admissibles en sollicitation radiale sur les masses annulaires de matériaux caoutchoutiques sont étroitement; limitées (quelques dizaines de kg par cm2 de surface projetée perpendiculairement à la charge).
On aboutit donc pour ces articulations à des dimensionnements tels, (7,5 à 20 dm2 de surface projetée), que leur rigidité de torsion (proportionnelle pour une épais- saur donnée au produit du cube de leur rayon par leur lon- gueur) et leur rigidité conique ( proportionnelle dans les mêmes conditions au produit de leur rayon pa. r le cube de leur longueur) atteignent des valeurs très élevées ,
Los possibilités de désalignement radial et angulaire des arbres accouplés sont alors limitées par l'importance même des réactions radiales imposées aux portées et des moments de flexion appliqués, aux ambres.
Ainsi, il apparaît intéressant, pour permettre de réduire lesdites réactions, d'accroître dans une mesure
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substantielle. les flexibilités (conique et de torsion) sans cependant modifier.*les fatigues radiales imposées aux élastomères par les efforts moteurs tangentiels, et, à cet effet, nelon l'une des dispositions principales de l'invention, on utilise, aux lieu et place de chaque bielle à grosse arti-. oulation des,parallélogrammes de Watt susvisés, une pluralité @ de bielles 1 ou 2, sensiblement parallèles,
et comportant chacune des articulations élastiques de dimensions plus réduites -- donc considérablement plue souples à la torsion et en "conique", EN effet, pour calculer ces articulations, il suffit de noter que, pour des efforts tangentiels dé- terminés, la somme de leurs surfaces projetées devra res- ter du même ordre de grandeur que la surface projetée do l'ar- ticulation unique élémentaire. Cela montre bien que les rigidités de torsion et conique, si l'on applique la loi du cube susrappelée, seront, pour l'ensemble des bielles, considérablement diminuées par rapport à la bielle unique.
Il y a iontérêt à grouper le plus possible ces bielles multiples, sous forme de nappes situées chacune dans un plan radial et dont les articulations, visibles en 5, sur les fig.. 2 et 3, sont avantageusement établies en quinconce, pour gagner de la place, lesdites nappes pouvant être, soit utilisées isolément, soit groupées en parallèle par superposition en direction axiale de plusieurs nappes, par exemple ± nappes de m bielles (n = pm), comme représente, duquel cas un même axe d'ar- ticulation peut être commun aux bielles homologues dos nappes successives*
Du point de vue constructif, de nombreux modes de réalisation peuvent être imaginés pour le montage de tels faisceaux de bielles,
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C'est ainsi que, comme représenté sur les fig.
2 ot 3, les plateaux 6,7, qui matérialisent sur ces figures les éléments A et B de la fig. 1, peuvent comporter des sortes de cloisonnements 8 perces de trous dans lesquels on engage les axes des articulations élastiques 5, axes qui sont maintenus en place par tous moyens tels que boulons, écrous, etc. Un même axe peut donc aisément supperter p douilles élastiques correspondants aux ± nappe! .
Chaque plateau 6 ou 7 est par exemple rapporté, par un voile 9, sur un flasque de fixation correspondant prévu en bout d'arbre, à l'aide par exemple de boulons 15 traver- sant des perçages homologues et ménagés en direction axiale sur les plateaux 6, 7 et les voiles 9.
Semblablement, la tête 4 de l'élément flottant 3 est constituée sous forme de semblables cloisonnements 8.
De tels faisceaux de bielles, agencés comme il vient d'être dit, répondent aux conditions techniques visées plus haut, la flexibilité de l'ensemble des arti- culations élastiques est beaucoup plue élevée que dans le cas de bielles uniques, de sorte qu'il devient possible de maintenir des valeurs modérées aux efforts de rappel radial et aux couples de rappel conique appliqués aux paliers et aux arbres, par le fait desdites articulations, en cas de défauts permanents ou accidentels de lignage entre les arbres.
Toutefois, il convient de noter que la cinématique du parallélogramme de Watt est en principe incompatible avec l'articulation de plus d'une bielle par nappe, de sorte qu'il en résulte des contraintes radiales secondaires
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but les articulations. Or l'élasticité radiale du caoutchouc pourrait, dans certaine cas, être insuffisante pour supporter lesdites contraintes,
Il y a donc intérêt, selon une disposition sup- plémentaire, à réduire ces contraintes radiales secondaires en agençant les bielles de façon telle qu'elles présentent une certaine élasticité longitudinale.
En môme temps, cette disposition permet de parer à l'incidence des tolérances de perçage des trous de fixation sur les cotes d'entraxe des bielles.
Pour obtenir cette élasticité longitudinale, on aura recours par exemple au travail de cisaillement oombiné (cisaillement-traction et cisaillement-compression) de plusieurs éléments annulaires, d'allure généralement tronconique.- en caoutchouc ou élastomère, disposés le long de l'axe de chaque bielle.
Ces 'anneaux tronconiques, représentés en 9 sur la fig. 4, seront'par exemple adhérés chacun à deux anneaux tétaniques 91, 92, ces ensembles étant empilés le long de l'axe de la bielle, avantageusement de façon telle que deux blocs successifs présentent des cônes 9 de conioités opposées.
Ces blocs 9, 91, 92 seront donc interposés entre, d'une part, une tige centrale 10 solidaire d'une des extrémités 11 de la bielle, et, d'autre part un corps cylindrique extérieur 12 relié en 13 à l'autre extrémité 14 de la bielle.
Avantageusement, on pourra adopter pour les diverses bielles de la même nappe des élasticités différentes. Cette disposition, obtenue par exemple par le ohoix de différencia
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mélangea d'élastomères utilisé$ pour les susdits bloos, sera avantageusement exploitée de telle manière que les flexibilités longitudinales totales des bielles (y compris la part due aux élasticités radiales des deux articulations) soient proportionnelles aux rayons de montage desdites bielles dans 1 'accouplement, De la sorte, l'effort longitudi- nal dû au couple transmis se trouvera égalise sur toutes les bielles, quelle que soit leur situation.
Il est entendu que l'élasticité longitudinale pourrait être obtenue par tous autres Noyons, par exemple par l'action de ressorts ou encore par des éléments élas- tiques travaillant de façon différente de celle ressortant du mode de réalisation susvisé.
La fig. 5 montre le montage de manchons élastiques
5. On voit que les tiges 16, qui matérialisent les axes d'articulation, sont rendues solidaires de manchons 17, à l'aide de boulons, écrous et autres dispositifs 18, 19, assurant la fixation sur les supporta à cloisonnement 8.
C'est sur ces manchons, dont le diamètre est calculé en fonction de la surface projetée que l'on désfre adopter pour les masses élastiques 5, que sont montées lesdites masses, adhérées selon les méthodes usuelles sur des manchons métalliques en regard.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réalisation adopté, on peut établir des accouplements dont le fonctionnement ressort suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à son sujet, et qui présentent, par rapport aux ensembles du genre en question déjà existants, de nombreux avantages, notammont - celui de permettre de doser convenablement los élas- ticités dans diverses directions,
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- et celui, surtout, tout en maintenant modérées les contraintes des- articulations élastiques malgré les couplée importante à transmettre, de permettre de tolérer des défauts de lignage importants, accidentels ou permanents, sans qu'il en résulte des chargea excessives sur les paliern d'arbres, ni de moments de flexion importants sur les arbros eux-mêmes,
et cela grâce à l'augmentation obtenue pour la flexibilité de l'ensable desdites artioulations par la présence de bielles multiples*
L'application d'accouplements de ce genre est donc particulièrement intéressante pour les transmissions marine envisagées plus haut et permettra d'éviter les ruptures d'engrenages déjà constatées dans des ensembles de ce genre. Mais, bien entendu, on pourrait utiliser d'autres accouplements élastiques dans le cadre de l'invention, pourvu qu'ils répondent aux conditions définies plus haut en ce qui concerne les élasticités dans les diverses directions.
Comme il va dé soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire toutes les variantes, En particulier, il e et bien entendu que l'application aux accouplements pour couples élevés n'est qu'un exemple et que l'invention peut s'appliquer 4 tous accouplements, quelle que soit leur fonction.