Mécanisme d'accouplement à spires de friction La présente invention a pour objet un mécanisme d'accouplement à spires de friction.
Les mécanismes d'accouplement à ressort héli coïdal ou à spires utilisant, par exemple, deux tam bours circulaires externes coaxiaux, dont l'un (le tambour menant) est relié de manière à être conti nuellement entraîné, par exemple par un moteur, et dont l'autre (le tambour mené) est relié en perma nence à une charge tournante,
sont couramment agen cés de manière que le ressort coopérant d'accouple ment soit préalablement chargé élastiquement par rapport aux deux tambours sans être autrement relié à ceux-ci. On dit couramment dans la technique que cet agencement à dépassement de course de l'accou plement à ressort comporte un ressort d'accouple ment du type intégralement flottant.
Le ressort est réglé de manière à désolidariser l'accouplement par arrêt de la rotation du ressort à son extrémité asso ciée au tambour menant, ce qui fait que le tambour menant effectue alors continuellement un dépasse ment de course par rapport au ressort en contact dé friction avec celui-ci et que, de manière similaire, le tambour mené peut effectuer un dépassement de course par rapport au ressort arrêté jusqu'à ce que ce tambour cesse de tourner.
L'avantage de l'agen cement de ressort d'accouplement intégralement flot tant dans de nombreux genres d'utilisations, par exemple dans l'entraînement des pompes ou des ven tilateurs, réside dans le fait que le tambour mené et n'importe quel dispositif mené qui y est associé peuvent, après désolidarisation de l'accouplement, continuer à tourner ou à ralentir jusqu'à l'arrêt sans chocs et sans endommager le ressort (par exemple sans qu'il faille prévoir des dispositifs spéciaux pour empêcher un déroulement destructeur du ressort).
Jusqu'ici, dans les accouplements conçus et fonc tionnant comme dit ci-avant, la mise sous charge préalable élastique du ressort sur les deux tambours a été, au moins par intention ou par conception, approximativement uniforme et il en est résulté que, pendant tout le temps où l'accouplement est désoli darisé ou fonctionne à vide, les spires du ressort asso ciées au tambour menant continuent à frotter contre le tambour rotatif menant.
La friction provoque l'échauffement des surfaces intéressées et, manifeste- ment du fait de la tendance propre du ressort à vibrer ou à s'affoler pendant le dépassement de course, elle crée des bruits indésirables et ce qu'on appelle une corrosion par attrition ou par vibration des surfaces coopérantes des spires et des tambours et, de ce fait, leur usure et leur endommagement prématurés.
Il est de pratique connue dans des accouplements à spires de friction à révolution unique d'accoupler positivement au tambour mené les spires terminales du ressort associées à ce tambour et, de ce fait, de provoquer le déroulement des spires du ressort asso ciées au tambour menant et de les écarter d'un contact de friction nuisible avec le tambour menant pendant les durées de fonctionnement à vide de l'ac couplement, quelles qu'elles soient, mais de tels agen cements exigent, pour les dispositifs ou mécanismes menés,
des dispositifs d'arrêt spéciaux à action habi tuellement brusque, qui provoquant des chocs, sont relativement compliqués ou .coûteux et en outre, sont inutiles s'il n'est pas nécessaire que la charge ou le dispositif mené soient arrêtés dans une position parti culière quelconque.
A cet effet, le mécanisme d'accouplement à spires de friction objet de l'invention comporte: un tam bour d'accouplement menant pouvant âtre continuel- lement entraîné en rotation dans un seul sens ; un tambour d'accouplement mené coaxial à celui-ci et destiné à être relié à une charge ;
un ressort de fric tion hélicoïdal à flottement comportant des spires préalablement chargées élastiquement radialement contre les tambours respectifs, de manière à être automatiquement serrées sur ceux-ci, mais sans être autrement reliées aux tambours, un épaulement de libération relié à une partie d'une spire terminale du ressort qui est associée au tambour menant et qui est orienté circonférentiellement dans son sens d'entraînement et un dispositif de libération qui est disposé de manière à rencontrer l'épaulement pour arrêter la rotation de ladite partie de spire terminale du ressort et, de ce fait,
pour désolidariser le méca nisme d'accouplement, ledit mécanisme étant carac térisé par le fait que la force radiale de mise sous charge élastique préalable d'une ou de plusieurs spi res du ressort sur le tambour mené est suffisamment supérieure à la mise sous charge préalable élastique de n'importe lesquelles des spires du ressort dispo sées sur le tambour menant pour qu'un élément de charge pouvant tourner librement et de masse nota ble relié au tambour mené entre en action lors de l'opération de désolidarisation du dispositif de libé ration, pour amener, grâce au dépassement de course qu'exécute le tambour mené sur une ou plusieurs spires,
les spires de ressort associées au tambour menant, à se dérouler ou à s'écarter radialement du tambour menant et à se maintenir ainsi pendant ledit dépassement de course et après la fin de la rotation du tambour mené.
Dans une forme d'exécution particulière du mé canisme d'accouplement la charge préalable élasti que d'une ou de plusieurs spires du ressort d'accou plement, associées au tambour mené est supérieure à la mise sous charge préalable des autres spires, d'abord afin de supprimer totalement leur pression statique sur le tambour menant et ensuite, afin d'écarter ces spires du tambour menant (par exemple par dilatation) ou de créer un jeu diamétral entre les spires et ledit tambour.
Avec les ressorts d'ac couplement enroulés à partir d'un fil de ressort de section transversale uniforme, le degré de cette mise sous charge préalable élastique, qui est nécessaire pour obtenir un jeu diamétral désiré, peut être pré déterminé à coup sûr au moyen des formules bien connues applicables aux ressorts hélicoïdaux ou aux mécanismes d'accouplement à spires.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du mécanisme d'accouplement objet de l'invention.
La fig. 1 représente en coupe axiale longitudi nale ladite forme d'exécution.
La fig. 2 montre à une échelle réduite, en élé vation en bout, la forme d'exécution du mécanisme illustrée sur la fig. 1 et vu par 2-2 de cette figure.
La fig. 3 est une coupe fragmentaire en éléva tion du ressort d'accouplement illustré dans un état d'équilibre ou de détente. On peut voir sur la fig. 1 que le tambour menant 1 de l'accouplement est relié, par une vis 3, à un arbre moteur 2 qui est sensé tourner continuellement pendant le fonctionnement de la machine ou du dis positif desservis par l'accouplement. Le tambour mené 5 est constitué par une poulie qui est sup portée, de manière à tourner par rapport à l'arbre 2 et au tambour 1, par un coussinet approprié 6 de palier, entre des surfaces circulaires 7 et 8.
Les sur faces circulaires 10 et 11 des tambours d'accouple ment délimitent des cylindres de même diamètre qui sont maintenus axialement fixés par une mince ron delle 12 et un ensemble de fixation coopérant 14. Des épaulements annulaires axiaux 15 et 16, ménagés sur les tambours 1 et 5, respectivement au voisinage des surfaces 10 et 11 des tambours, délimitent un canal annulaire destiné à recevoir un ressort 20 de l'accouplement. Ce canal, comme représenté, est par tiellement comblé par une nervure annulaire 23 fai sant partie d'un manchon 22 de faible poids, com mandant l'accouplement et décrit par la suite.
Le ressort d'accouplement 20, comme représenté particulièrement à l'état détendu sur la fig. 3, a une forme généralement cylindrique et comprend des spi res 20a associées au tambour menant et des spires 20b et 20d associées au tambour mené. La spire ter minale extrême libre 20a se termine par un talon ou doigt de libération 20e faisant saillie vers l'exté rieur. Pour désolidariser l'accouplement, on a mé nagé dans le manchon de commande 22 une enco che axiale 22a destinée à recevoir le doigt 20c, le manchon 22 étant supporté de manière à pouvoir tourner librement par rapport aux tambours 1 et 5 de l'accouplement sur des surfaces circulaires 18 et 19 des tambours 1 et 5.
Le manchon de commande 22 comporte plusieurs épaulements de libération 24 qui font saillie radialement sur celui-ci et contre les quels vient porter un doigt ou plongeur d'arrêt 25, comme partiellement illustré sur la fig. 2.
On a illustré le mécanisme d'accouplement sur la fig. 1 dans la condition où le ressort d'accouplement 20 de la fig. 3 transmet le couple ou est en position de contact ou encore dans une condition où toutes ses spires sont serrées contre les surfaces des tam- bours.
Lorsque les spires 20a du ressort 20 sont dans un état d'équilibre, leur diamètre intérieur normal est plus faible que le diamètre extérieur de la surface 10 du tambour menant, de sorte qu'elles sont élas- tiquement chargées préalablement sur cette surface à un degré suffisant pour assurer leur autoserrage sur le tambour menant. Comme illustré, les spires 20b associées au tambour mené et les spires 20a ont le même diamètre.
Des spires terminales libres 20d, en nombre de préférence limité, associées au tam bour mené, par exemple trois spires terminales libres, sont formées, par exemple au cours de l'opération mécanique qui forme les spires 20a et 20b, de ma nière à être décalées radialement des autres spires, vers l'intérieur en direction de l'axe des spires, afin d'exercer sur la surface 11 du tambour mené une mise sous charge préalable élastique notablement su périeure à celle qu'exerce n'importe quelle autre spire sur les surfaces coopérantes des tambours.
Le nom bre de spires 20d et leur degré de décalage radial (exagéré sur la fig. 3) sont choisis particulièrement en fonction de l'indice d'élasticité, diamètre moyen des spires divisé par la dimension radiale ou hauteur des spires individuelle, afin que, en supposant que le tambour mené 5 a une masse notable ou qu'il est relié à un corps ayant une masse notable supporté de manière à tourner relativement librement, l'arrêt de la rotation du manchon de commande pour déso lidariser le mécanisme d'accouplement détermine un dépassement de course du tambour mené 5 en con tact de friction avec les spires 20d, et le couple de dépassement de course appliqué de ce fait au ressort d'accouplement 20 détermine alors la dilatation de ses spires 20a,
ce qui les écarte complètement de la surface 10 du tambour menant.
Il en résulte que les spires 20a et 20b sont dila tées à peu près uniformément par l'action de dépasse ment de course de la surface 11 du tambour par rap port aux spires 20d, de sorte que ces dernières spires, du fait qu'elles demeurent appliquées sur la surface 11 du tambour, tendent à maintenir toutes les spires dilatées uniformément espacées de leurs surfaces as sociées 10 ou 11 des tambours.
La raison pour laquelle on limite le nombre de spires 20d par rapport au nombre de spires du res sort d'accouplement qui sont associées à la surface 11 du tambour mené réside dans le fait qu'en pré voyant un nombre total minimum (économisant l'es pace axial) de spires de ressort pour entraîner la charge prévue, de très nombreuses spires de ressort seront dilatées au cours de la désolidarisation de l'accouplement, comme décrit ci-avant.
De ce fait, si après désolidarisation, des conditions anormales (par exemple une faible friction dans le dispositif mené ou dans la charge) laissaient le tambour mené revenir en arrière ou exécuter un mouvement angu laire rétrograde après son dépassement de course, un mouvement angulaire rétrograde plus important serait nécessaire pour réappliquer n'importe laquelle des spires du ressort sur le tambour menant que si la quasi-totalité des spires (20b et 20d) disposées autour de la surface 11 du tambour mené était appliquée sur cette surface avec une mise sous charge préa lable égale et relativement importante.
Habituelle ment, les forces de friction suffisent pour empêcher le mouvement rétrograde, après le dépassement de course, mais on peut utiliser des dispositifs auxiliaires lorsque c'est nécessaire.
Si la distance radiale entre la surface périphé rique externe des spires 20a et 20b du ressort d'une part, et l'alésage 22b du manchon de libération 22, d'autre part, est un peu supérieure, quand les spires sont bloquées, à la distance sur laquelle les spires 20a et 20b sont dilatées. lorsque la surface 11 du tambour mené exécute par friction un dépassement de course par rapport aux spires 20d soumises à une charge préalable relativement importante, il est alors impossible que la désolidarisation de l'accouplement s'accompagne de chocs ou de bruits.
Par conception, toutefois, on peut choisir l'indice d'élasticité et les autres paramètres en fonction du couple qui est né cessaire pour que la surface 11 du tambour mené exécute un dépassement de course par rapport aux spires 20d du ressort d'accouplement, et en fonction du jeu radial entre les spires et le manchon 22 qui existe quand les spires 20a et 20b sont en position de blocage, ce qui fait que ce couple d'une telle valeur dilate, pendant la désolidarisation de l'accou plement, les spires associées au tambour menant et les met légèrement en contact avec l'alésage du man chon 22,
ce qui assure un centrage supplémentaire de toutes les spires dilatées par rapport à leurs sur faces associées aux tambours.
Un ressort d'accouplement à flottement intégral, par exemple le ressort 20, nécessite un dispositif pour limiter son déplacement axial lorsqu'il s'écarte de sa position. Dans la présente forme d'exécution,-si on laissait l'extrémité libre du ressort d'accouplement, par exemple le doigt 20c, qui est associé au tambour menant, frotter par moments axialement sur l'épaule ment 15, qui tourne avec le tambour 1 pendant la désolidarisation de l'accouplement, il en résulterait une corrosion par attrition et une usure.
On a cons taté que ce contact à frottement crée dans le ressort d'accouplement des vibrations prononcées qui sont évidemment provoquées par la contraction par à-coups des spires 20a venant en contact avec la surface 10 du tambour menant. Pour empêcher un contact entre le ressort et le tambour menant 1, axia- lement au ressort, pendant la désolidarisation de l'ac couplement, on a prévu sur le manchon de com mande 22, qui n'est entraîné en rotation que lorsque le ressort d'accouplement tourne,
une nervure annu laire 23 s'étendant vers l'intérieur qui comporte une surface d'épaulement 23a axialement adjacente à la spire terminale libre du ressort d'accouplement 20. Chaque fois que le ressort d'accouplement se déplace ou tend à se déplacer vers la droite (par rapport à la fig. 1) pour quitter sa position normale ou posi tion libre de travail, ce mouvement est arrêté par la nervure 23 dont le déplacement vers la droite est lui-même contrecarré par l'épaulement 15 du tam bour menant 1.
Pendant la désolidarisation de l'ac couplement, la nervure 23 est normalement écartée de l'épaulement 15 et ne porte jamais fermement contre celui-ci.
Dans la forme d'exécution représentée, le couple maximum de dépassement qui entre en jeu pour dila ter les spires 20a et les écarter de la surface 10 du tambour menant est automatiquement limité par la pression statique unitaire maximum que les spires 20d peuvent être amenées à exercer radialement con tre la surface 11 du tambour mené, du fait de leur mise sous charge préalable sur celle-ci, grâce à un ajustage par interférence, et cette pression unitaire est, bien entendu, limitée par la limite élastique de la matière constituant le ressort. L'expérience a démon tré que si toutes les spires du ressort d'accouple ment ont une résilience uniforme,
comme c'est le cas lorsque toutes les spires ont des caractéristiques physiques uniformes et une section transversale ap proximativement uniforme, il est alors impossible, en l'absence de dispositifs auxiliaires, de charger préalablement les spires 20d sur le tambour mené à un degré suffisant pour provoquer, par le dépasse ment de course du tambour mené, une dilatation des spires 20a (et/ou 20b) qui pourrait endommager ces spires, même si le mécanisme ne comporte pas de dispositif, par exemple le manchon de commande 22, capable de limiter leur dilatation.
Etant donné que le couple de dépassement de course qui est nécessaire pour provoquer la dilata tion des spires 20a en vue de les écarter de la sur face 10 du tambour dépend (1) de l'indice d'élasti cité ou du rapport entre le diamètre moyen des spires et leur section transversale, (2) du coefficient de fric tion -entre le tambour mené et le ressort d'accou plement et (3) du nombre de spires 20d en relation d'ajustage par interférence sur la surface 11 du tam bour mené, on ne peut donner aucune directive sim ple ou d'application universelle de procédé ou de construction qui indiquerait les limites ou les propor tions de fonctionnement qu'on doit respecter,
et l'on ne peut pas en particulier donner une directive qui serait applicable, par exemple, au cas où l'indice d'élasticité des spires 20d serait différent de celui des spires 20a, 20b ou encore au cas où ces deux groupes de spires auraient des propriétés physiques diffé rentes.
Au lieu de décaler radialement une ou plusieurs spires 20d du ressort par rapport aux autres, spires pour déterminer une mise sous charge élastique préa lable plus importante des spires sur le tambour mené par rapport à la mise sous charge élastique préalable des spires sur le tambour menant, on peut obtenir cette mise sous charge préalable plus importante en donnant à la surface 11 du tambour, ou à une partie de cette surface, un diamètre supérieur à celui de la surface 10 de tambour et, dans ce cas, on utiliserait un ressort d'accouplement (non représenté) sensible ment cylindrique de diamètre uniforme.
Etant donné qu'il est extrêmement désirable que les. parties ter minales des tambours, respectivement adjacentes, aient un diamètre sensiblement uniforme (région transversale pour le ressort où les pressions d'accou plement sont les plus importantes), on donnerait à la surface<B>11</B> du tambour mené un diamètre crois sant de manière appropriée vers l'épaulement 16 ou à son voisinage ou bien, en d'autres termes, on don nerait à la surface du tambour mené des diamètres différents.
En raison de cette gradation de diamètre, le ressort tendrait à s'écarter axialement de sa posi tion en direction du tambour menant et le prix de revient de l'ensemble d'accouplement serait habituel lement augmenté par rapport au prix que nécessite le décalage des spires 20d qui est de préférence pratiqué.
II existe d'autres moyens, mais généralement plus coûteux, permettant d'obtenir la différence désirée de force de mise sous charge élastique des spires du ressort sur les surfaces. cylindriques des tambours ou d'obtenir volontairement des diamètres. égaux tels que ceux des surfaces 10 et 11.
Par exemple, si l'indice d'élasticité de spires correspondant, quant à leur position, aux spires 20d était extrêmement infé rieur à l'indice d'élasticité des spires 20a, par exem ple en acceptant la dépense de la fabrication de spires individuelles dans une position correspondant à celle des spires 20d, avec des dimensions radiales supérieures à celles des spires associées au tambour menant, toutes les spires destinées à coopérer avec des surfaces de tambours menant et mené ayant un diamètre uniforme pourraient alors avoir des diamè tres internes, uniformes.
La plus grande raideur d'une partie des spires associées au tambour mené créerait la résistance plus grande nécessaire s'opposant à la dilatation, de sorte que lorsque le tambour mené aurait exécuté un dépassement de course par friction par rapport à ses spires associées après la désolida- risation de l'accouplement, les spires associées au tambour menant se dilateraient pour s'écarter de ce dernier.
En outre, on pourrait appliquer autour des spires d'un ressort cylindrique une bande élastique scindée (non représentée) assurant une mise sous charge locale des spires et entourant des tambours ayant des diamètres égaux, par exemple dans une position axiale par rapport au ressort et correspon dant à la position des spires 20d, fig. 3, grâce à quoi, bien que toutes les spires du ressort aient par elles- mêmes des dimensions égales et des relations d'ajus tage par interférence égales par rapport aux deux tambours, les spires de ressort associées au tambour menant se dilateraient et s'écarteraient de ce dernier comme décrit ci-avant.
Dans un accouplement à ressort du type serré par dilatation, les spires correspondant aux spires. 20d (fig. 3) seraient décalées radialement vers l'extérieur des autres spires dans la forme d'exécution décrite, et le déroulement d'une partie des spires associées au tambour menant correspondrait à une contraction des spires.