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"Perfectionnements apportés aux joints d'étanchéité pour parties tournantes".
L'invention est relative aux joints d'étanchéité pour parties tournantes, c'est-à-dire aux joints destinés à assurer l'étanchéité des fluides entre une partie tour- nante solidaire du joint et une autre partie, tournante ou immobile, notamment un arbre, tous autres ensembles y assimilables rentrant dans le cadre de l'invention.
Bile a pour but, surtout, de faire en porte que l'étanchéité soit maintenue, malgré la rotation, dans de bonnes conditions,
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Elle consiste, principalement, à faire comporter, aux joints du genre en question, des moyens tendant sous l'effet de la force centrifuge à communiquer aux lèvres d'étan- chéité desdite joints une action régulatrice assurant leur maintien en position, dans les conditions désirées, montre les surfaces vis-à-vis desquelles doit être maintenue l'étanchéité.
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions qui s'utili- sent de préférence en même temps et dont il aéra plus explicitement parlé ci-après.
Elle vise plus particulièrement un certain mode d'applioation (celui pour lequel on l'applique aux joints d'étanchéité pour parties tournantes autour d'un arbre), ainsi que certains modes de réalisation, desdites dispositions ; et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les ensembles du genre en question comportant application de ces mômes dispositions, ainsi que les éléments spéciaux propres à leur établissement et les ensembles comprenant de tels joints,
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La figure 1,de ces dessins, montre en coupe axiale partielle l'ensemble d'une partie tournante montée autour d'un arbre, avec interposition d'un joint d'étanchéité, ledit joint étant établi conformément à l'invention.
Les figures 2 et 3 illustrent, semblablement, deux autres modes de réalisation de l'invention.
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La figure 4 montre en plan une armature à faire comporter au dispositif de la figure 3.
Les figures5et 6 illustrent en coupe axiale deux autres modes de réalisation de l'invention.
La figure 7 montre latéralement et partiellement le joint illustré sur la figure 6.
Selon l'invention, et plus spécialement selon celui 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 proposant par exemple d'établir un joint pour assurer l'étanchéité entre un arbre fixe ou rotatif A, et une partie tournante B, destinée à tourner par rapport à cet arbre, le joint étant prévu pour être porté par la partie B, donc en tournant aveo elle, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On rappellera tour d'abord, pour fixer les idées, que les joints d'étanohéité de type classique sont le plus souvent portés par une partie fixe, étant en contaot glis- sant aveo la partie tournante. Des joints de ce genre oompor. tent généralement une lèvre élastique qui en raison de son serrage convenable s'applique sur l'arbre suivant une circonférence. Le contact effectif sans jeu, entre arbre et lèvre de joint, assure l'étanchéité le long de cet arbre de part et d'autre dudit joint.
Cependant, pour certains mécanismes, il peut ee trouver que le joint soit solidaire d'une pièce tournante par rapport à une autre pièce fixe ou également tournante.
C'est oe qui se passe notamment- dans le cas d'un moyeu de roue ou de palier tournant autour d'un axe fixe.
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Les conditions de fonctionnement sont alors diffé- rentes, car il faut tenir compte du fait que la force cen- trifuge agit sur les susdites lèvres, tendant ainsi à modifier leurs conditions de contact.
S'il s'agit, comme on l'envisage plue spécia- lement ci-après, de monter un joint sur une partie tour- nante se présentant autour d'un axe fixe ou mobile, la force centrifuge tend à écarter la lèvre élastique de l'arbre sur lequel elle repose et de ce fait tout se passe comme si ce joint se trouvait monté avec un serrage insuffisant, l'étanchéité n'étant alors plus assurée.
Les conditions seraient inversées si le joint était porté par une partie tournante montée à l'intérieur d'un arbre creux $ la force centrifuge tendrait à augmenter le serrage des lèvres sur l'arbre et, dans certains cas, il pourrait en résulter un serrage excessif.
Pour remédier à ces inconvénients, on combine avec les joints en question, conformément à l'invention, des moyens qui, sous l'effet de la force centrifuge, puissent exercer sur les lèvres susvisées l'aotion correc- trice cherchée.
Dans le cas qui va être plus spécialement décrit (partie tournante montée autour d'un arbre), cotte action doit tendre à augmenter la pression d'appui. Dans le cas inverse, elle devrait tendre à le relâoher.
Prenant donc, comme représenté figure 1, le cas d'une pièce tournante B montée autour d'un arbre A, aveo un joint C interposé entre les deux, ce joint C comprenant par exemple un corps en caoutchouc 1, ou autre élastomère, armatu- ré en 2, avec au moins une lèvre d'étanchéité 3 destinée à
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venir en contact avec l'arbre A, on constitue par exemple es- sentiellement les moyens conformes à l'invention à l'aide d'au moins une masse d'équilibrage 4 disposée de l'autre côté de la lèvre par rapport à non pied 5 (c'est-à-dire la partie où elle se raccorde au corps 1 ) .
Cette masse sera par exemple constituée par un tore en caoutchouc ou autre élastomère, les conditions de fonctionnement étant notamment les suivantes.
Si on désigne par M1et M2 les masses respec- tives de la lèvre 3 et du tore 4, par R,et R2 les rayons des centres de gravité respectifs et par y et x les dis- tances axiales desdits centres à un centre de flexion Ao disposé dans la région du pied 5, on peut écrire les rela- tions suivantes*
La masse M2 soumise à la force centrifuge M2#2R2 créé un moment de flexion C2 de la forme : C2 = (M2#2R2 - F2) x où F2 est laréaction élastique due à l'allongement de la circonférence du tore, allongement qui est fonction de : #2 R2.
Le moment C2 a pour effet de développer dans la fibre neutre située en M2 Ao une traction de sens opposé à la traction développée dans la fibre située en Ao IL résultant du moment de flexion C1 :
C1 = ( M1#2 R1 - F1) Y ce moment C1 résultant lui-m^me de la force centrifuge due à la lèvre, et où F1 est la réaction Elastique de cette lèvre.
Les forces F2 et F, qui se retranchent de la force centrifuge sont de la forme :
EMI5.1
F x . 27R" Hj.. x S L1 R 2 t R' -'+- - --'
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où
G = module d'élasticité
S = section de la lèvre ou du tore [alpha]= coefficient sans dimension, de la forme ; = f (S/S1 ), c'est-à- dire que [alpha] est une fonction du rapport de section du tore ou de la lèvre au repos et après allonge- ment.
Dans cette forme de conception, tout développement de force centrifuge agiooant sur la lèvre, et tendant à l'écarter de l'arbre, peut âtre compensée par une force au moins écale ou supérieure qui en faisant naître une tonsion dans la fibre neutre située entre M2 et M1 a pour effet de maintenir ou de ramener la lèvre à sa position normale.
D'une façon générale, les conditions à respecter sont
C2 > C1 soit :
EMI6.1
(M2tJJ 2 R2 - q:G S 2 A .t\O ) x > (U11J) 2 R1 -t( S1 G . ---.. ) R1 '1 R, il, ce qui aux limites conduit à choisir ; x > y
M2 > M1
R2 > R1
Il va de soi que le mode de réalisation qui précède ne constitue qu'un exemple et qu'en particulier on pout pré- voir tous moyens pour augmenter, diminuer ou corriger 1'notion centrifuge régulatrice, moyens utilisant notamment des massen métalliques, élastiques ou non, ou d'une façon générale tous produite pondéreux, incorporés au caoutchouc et propres h augmenter la densité de l'ensemble ou à la répartir de façon appropriée.
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C'est ainsi que, comme représenté figure 2, on incorpore à la masse M2 un ressort 6 pouvant travailler à l'expansion sous l'effet de la force centrifuge.
Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, on vient combiner aveo le joint, c'est-à-dire au moins avec le tore 4 et une partie de la lèvre 3, une armature, avan- tageusement conique 7, à laquelle on donne une déformabilité convenable, par exemple en lui faisant comporter (fig. 4) un certain nombre de fontes convergentes 8.
Ainsi établi, ce tronc de cône, soun l'effet d'une contrainte radiale, peut voir s'épanouir sa grande base tandis que se contracte sa petite base. Si comme l'indique la figure 3 un tore élastique de masse M2 est disposé exté- rieurement à cotte armature, sous l'effet do la force cen- trifuge cette masse développera un moment :
EMI7.1
02 = ( rz2m 2 par rapport à l'axe X X'.
Si ce moment est choisi supérieur à celui dû au moment de la lèvre :
EMI7.2
CI = (I11W 111 Y l'aire de la patine base du tronc de cône tondra 4 diminuer, par conséquent la lèvre verra sa circonférence diminuer, donc son serrage sur l'arbre augmenter. Suivant le serrage rechercha pour la lèvre, à la limite, la condition sera :
EMI7.3
(M2 l \) 2 R2) x /; ( M2 ) Y .En toute rigueur il faudrait retrancher, des efforts centrifuges développés, des forces P2 et F1 pour tenir compte
EMI7.4
à la fois de la réaction élastique da la liasse M2 (augroonta- tion de diamètre) et également de la résistance de ltarmature à la déformation.
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Suivant un autre mode de réalisation (fig. 5), la masse H2 peut être un ressort 6 logé ici dans une gorge appropriée 9 de l'armature 7'
La figure 6 représente un autre mode de réalisation du tore, qui comporte une série de crénaux 10 également espa- ces le long de la circonférence et à l'intérieur desquels se trouvent emprisonnées des billes métalliques, de façon à donner du poids à ce tore.
Ln place de billes on pourrait également utiliser un fil de métal noyé dans les crénaux et coupé après moula- ge dans l'intervalle de ces crénaux,
En cuite de quoi, quel que soit le mode de réalisa- tion adopté, on peut établir des joints dont le fonctionne- ment ressort suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à Bon sujet.
Il apparaît des figures du dessin que la force centrifuge, en s'exerçant sur le tore 4 ou sur toute autre massa d'équilibrage, tend à exercer sur la lèvre 3 l'action correctrice cherchée.
On procéderait semblablement s'il s'agissait de joints dans lesquels les lèvres tendent, sous l'effet de la force centrifuge, à s'appuyer davantage sur les surfaces en regard. Les moyens d'équilibrage, dans ce dernier cas, seraient montés de façon à tendre à écarter les lèvres des- dites surfaces juste pour maintenir une precsion de contact convenable, c'est-à-dire pas trop élevée.
Comme on le voit, les moyens propres 4 l'invention permettront d'assurer dans tous les cas le maintien du fonc- tionnement correct des lèvres d'étanchéicé en dépit des efforts qui s'y développent sous l'action de la force centrifuge,
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Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ueux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisages ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.