CH390632A - Accouplement unidirectionnel - Google Patents

Description

  Accouplement unidirectionnel         L'invention    a pour objet un     accouplement        uni-          directionnel,        notamment    une roue libre,     comprenant     deux parties mobiles l'une par     rapport    à l'autre avec       interposition    de     cales    s'appuyant     respectivement    sur  une     glissière    et sur des rampes.  



  L'accouplement selon l'invention est caractérisé  par le     fait    que, d'une     part,    l'angle de     coin        c.    de la  cale est supérieur à l'angle     limite    de     frottement        yp     des cales sur les rampes et, d'autre part, l'angle de       frottement        cp    sur la     glissière        est    assez élevé pour que,  pour un     glissement    fortuit, le frottement soit plus  élevé au contact de la glissière qu'au contact des  rampes.  



  Le dessin     annexé    représente, à titre d'exemple,  quelques formes d'exécution de     l'objet    de l'invention.  Les     fig.    1 et 2 illustrent schématiquement, respec  tivement en     élévation        partielle    et en     coupe,    l'accou  plement de deux     corps    capables de     déplacements    rela  tifs     rectilignes,        cet        accouplement    assurant l'irréversi  bilité des     déplacements.     



  Les     fig.    3 et 4 montrent schématiquement, en  élévation, dans deux positions différentes, portions       arrachées,    et la     fig.    5 en     coupe        partielle,    un méca  nisme de roue     libre        appliquant    le principe illustré  sur les     fig.    1 et 2.  



  La     fig.    6 montre, en coupe, une semblable roue  libre avec plus de détails.  



  La     fig.    7 montre, en coupe schématique axiale,  un mécanisme de roue     libre        établi    selon une variante.  La     fig.    8 montre     séparément,    en élévation, l'un  des éléments du     mécanisme    de la     fig.    7.  



  La     fig.    9,     enfin,        montre    une variante de la forme  d'exécution de la     fig.    8.  



  On va d'abord     considérer    le cas du mouvement       rectiligne,        comme        illustré    sur les     fig.    1 et 2.  



  Le corps 1 est     conçu    comme une coulisse dans       laquelle    se déplace le coulisseau 2.    Les corps 1 et 2 sont donc assujettis à     n'avoir     l'un par rapport à l'autre que des     déplacements    de  translation     rectiligne        parallèles    à la     direction    de la  coulisse.

   Entre les deux     corps    1 et 2 sont     interposés     des     coins    3 et 4 s'appuyant chacun     respectivement     sur une glissière g parallèle à ladite .direction et  appartenant au corps 1, et sur une rampe r appar  tenant au     corps    2.

   Chaque coin est soumis à une  action de rappel,     notamment        élastique,    par exemple  l'action de légers ressorts 9, 10 qui, comme     connu,          servent    à amorcer     l'arc-boutement        (étant        entendu     que     cette        action    de rappel pourrait     éventuellement     être une action     magnétique,    ou celle de da pesanteur,  etc.).

       Ainsi        disposé,    chaque coin     constitue,    entre les  deux     corps    1 et 2, un     accouplement    dont la fonc  tion est d'interdire les déplacements     de    2 par rap  port à 1     dans    le sens de la flèche T et de les auto  riser dans le sens contraire.

   L'angle a que forme  avec la     direction    de     glissière    le plan de contact du  coin et de la rampe, qui est aussi     l'angle    du     coin,     est un angle     caractéristique    qui doit être supérieur  à     l'angle-limite    de     frottement        yp    du coin sur ladite  rampe afin d'éviter toute     résistance    due au coince  ment lorsque le mouvement de 2 par rapport à 1  tend à s'établir dans le sens autorisé.  



  Pour la     bonne        compréhension    de ce qui suit, il  faut évoquer la définition connue de l'angle-limite  de frottement entre deux corps en     contact.     



  Soient, par exemple, sur la     fig.    1,     les    deux     corps     considérés 3 et 1, en     contact    par la surface g, soit  M la normale à     cette    surface de     contact,    et soit y  l'angle entre     cette    normale M et la résultante Q des  forces de contact     exercées    par 1 sur 3 (à laquelle  doit faire     équilibre    une     farce    de réaction P).

   Il existe  une valeur     limite    de     l'angle    y, soit     cp,    telle que si  y  <      cp    les corps 3 t 1     sont    arc-boutés l'un contre  l'autre, tandis que si y >     cp,        apparaît    un     glissement.              Cet        angle-limite    ne dépend pas de la grandeur de  la     force    Q, mais seulement des caractéristiques des       corps    en contact.

   Il est appelé angle-limite de frotte  ment et sa tangente trigonométrique,     tg        (p,    est dite  coefficient de frottement entre les corps 1 et 3.  



  Il existe de même, entre le coin 3 et la rampe r  du     coulisseau    2, un     angle    limite de frottement, soit     ip,     illustré sur la     fig.    1 de part et d'autre de la nor  male N à la rampe r.  



  Cela étant, le principe fondamental est d'assi  gner à l'angle de coin a une valeur supérieure à  l'angle limite de frottement     V.    Cette disposition ga  rantit, en effet, qu'au moment du débrayage,     c'est-          à-dire    lorsque la force T     s'exerçant    sur 2 tend à  s'inverser et, par     conséquent,    à produire le mouve  ment dans le sens     autorisé,    aucun effet résiduel de  coincement     n'entrave        ce    mouvement.

   On     conçoit          sans    doute que, pendant l'arc-boutement quia pré  cédé     ce    débrayage, lorsque la force T     exercée    sur 2  a le sens indiqué     sur    la     fig.    1, les trois corps 1, 2, 3  subissent des     déformations    élastiques et que, par  suite,     l'annulation    de la force T au moment de son  changement de sens n'est pas obligatoirement accom  pagnée par l'annulation des efforts au     contact    entre  ces pièces, ni par conséquent des résistances corré  latives     s'opposant    au glissement,

   auquel cas     il    y  aurait donc effet de coincement. Toutefois, si a est  plus grand que     ip,    la résultante S des forces élasti  ques éventuellement rémanentes s'exerçant de 2 sur 3  a     obligatoirement    une composante tangentielle dirigée  dans le     sens    de la     flèche    T, ce qui     signifie    que tout  coincement est     exclu.     



  Telle est la     disposition    principale mais encore  faut-il     montrer    que, la     condition    a >     ip    étant rem  plie, il reste possible d'assurer l'arc-boutement dès  que la force T tend à     s'établir    dans le sens de la       flèche    de la     fig.    1.  



  Pour cela,     cp    étant     l'angle@limite    de frottement  entre 1 et 3, et la force du ressort 9 étant négligée,  la condition est    tg     cp    > tg     (ip        +    a) (1)  ou, pour des angles faibles         cp>y,+a     relation qui exprime que, pour un     déplacement    vir  tuel du coin dans le sens opposé à T, le     travail    des  forces de     contact    sur la     glissière    g serait supérieur  au travail des     forces    de     contact    sur la rampe r.  



  Or, on suppose a >     ip,          l'arc-boutement    exige donc       cp    > 2     ii,    (2)  étant entendu que, cette relation satisfaite, on choi  sira     a,    tel que         1,Gût        G < p-ip    (3)  Pour     satisfaire    à la relation (2), il faut, d'une       part,    que le frottement entre 3 et 2 soit assez petit,  et, d'autre part, qu'entre 3 et 1, il soit assez grand,  et pour     cela    différents moyens peuvent être utilisés.

      Pour, d'une part,     diminuer    le frottement entre  3 et 2,     c'est-à-dire    entre coin et rampe, on aura  soin, par exemple  - ou bien de polir finement les surfaces de contact<B>;</B>  - ou bien de choisir pour les     matières    en     contact     des couples de     matières    à faible frottement, par  exemple acier sur nylon, acier sur bronze, acier  sur   téflon   (marque déposée), etc. ;

    - ou bien de prévoir tous traitements de surface  appropriés, par exemple chromage dur, ou     sul-          finization    avec     application    de     bisulfure    de mo  lybdène,     etc.    ;  - ou bien de     recourir    concurremment à ces     mêmes     moyens.  



  Pour, d'autre part, augmenter le     frottement    entre  3 et 1 sur la glissière g, on pourra, par exemple  - soit choisir des matières appropriées pour assurer  le     coincement    ;    - soit     prévoir    des garnitures analogues à des garni  tures de freins, par exemple sur la     surface    du  coin 3 en regard de g ;  - soit     modifier    le profil des     surfaces    en regard, par  exemple donner aux     glissières    un profil creux en  forme de V et aux     coins    un profil     saillant    réci  proque, ou inversement, etc. ;

    Dans     ce    dernier cas, qui     est    illustré sur la coupe  de la     fig.    2, on obtient une augmentation de l'angle       apparent    de     frottement    dans le sens des     déplacements          relatifs,    car si a     est        l'angle-@limite    de     frottement    des  matières en contact et     (3    le demi-angle au sommet  du V, on a  
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         (1    étant par exemple de l'ordre de 15 à     45o.     



  On peut aussi recourir concurremment aux divers  moyens précédents.  



  On peut de     telle        sorte,    et assez facilement, satis  faire aux conditions     susindiquées,    c'est-à-dire à la       relation    (2)       q>    >2 c,  compte tenu, en outre, de ce que a doit     répondre    à  la condition (3).

      Le principe qu'on vient d'expliquer sur l'exemple  d'un     coulisseau    à     déplacement        irréversible    s'adapte  aisément à une     roue    libre,     ainsi    que l'illustrent sché  matiquement les     fig.    3, 4 et 5, où les deux corps 1,  2 tournent concentriquement autour d'un axe com  mun 0, en     combinaison    avec des coins 3 du type sus  visé, mais à     profils        curvilignes.     



  Avantageusement, mais non     nécessairement,    on  fait en sorte que, dans cette application aux roues  libres, les rampes r soient portées, comme indiqué  en variante aux     fig.    4 et 5, par des sortes de sabots  6     auto-orientables,    étant     entendu    que tous autres  moyens cinématiques de liaison     pourraient    être       adoptés.    On voit ainsi que, par leur     possibilité    de      tourner dans leur logement circulaire ou     cylindrique     par rapport à 2,

   lesdits sabots peuvent s'orienter de  façon que les coins 3 soient pleinement appliqués  à la fois contre la     surface    2     correspondante    et contre  la gorge g de 1, et cela quelle que soit l'usure du  mécanisme ou     l'excentrement    possible de 1     par    rap  port à 2. Lesdits sabots ou rampes 6 seront, par  exemple, en     téflon,    tandis que les autres pièces seront  en acier.  



  La     face    d'appui d'un coin 3 sur sa rampe r est  de révolution autour d'un axe tel que D, l'angle  
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       déterminant    l'angle a moyen du coin et devant,  par conséquent,     être    ajusté pour que les deux prin  cipes soient     satisfaits    : assez     grand    pour qu'il n'y ait  pas de     résistance    au débrayage, assez petit pour  qu'il y ait blocage immédiat à l'embrayage.  



  Le rayon de     courbure    DC de .la rampe r sera  sensiblement du même ordre que le rayon OC, mené  de 0 au milieu de la rampe r. Plus précisément       (fig.    3), l'angle pourra être choisi très     voisin     de     90o,    disposition
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   qui autorise une assez sensible  excentricité     de    1 par rapport à 2 sans qu'il soit néces  saire de prévoir de sabots 6. On assignera à     OD    une  longueur     telle    que l'angle
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   soit supérieur à  l'angle-limite de frottement     ip    quelle que soit la posi  tion du point C sur la surface r.  



  Enfin, si     1a    roue libre doit     fonctionner    en mouve  ment alternatif rapide, on aura intérêt à réduire à  un minimum le jeu de     recul    j du coin     par    rapport  à2.

      De nombreuses     variantes    sont évidemment     pos-          sibles    : le nombre de     coins    peut être     différent    de celui  de trois indiqué sur le     dessin    ; les rôles     respectifs     des corps 1 et 2     peuvent    être échangés, 1 portant les  rampes et 2 la glissière ; de même, des sabots tels  que 6 peuvent     tourillonner    dans les coins 3 plutôt  que sur le corps 2.

   Généralement, tous les moyens  évoqués dans l'exposé ci-dessus peuvent     être        utilisés          tant    pour diminuer le frottement du     coin    sur les  rampes que pour l'augmenter sur la glissière.  



  On a illustré, à titre d'exemple, sur la     fig.    6, une  roue libre interposée entre un arbre 5 et un manchon       d'accouplement    6, avec interposition de     roulements     7, 8. Les     rampes    r sont portées par des sabots 2  montés de la manière     susindiquée    dans un corps  central 51 solidaire de l'arbre 5. Les     surfaces    conti  nues g, au profil en forme de V, sont constituées par  deux anneaux 10, 11, fixés l'un dans l'autre, au  montage, et rendus solidaires, en 12, du corps ou  manchon 6.

      Toujours à titre     indicatif,    on pourrait, dans une  telle roue libre, prévoir toutes les pièces en acier  (sabots 2, coins 3, pièces 10,<B>11),</B> mais adopter pour  les sabots 2 ou les rampes r un acier de cémentation       sulfinizé    recouvert de     bisulfure    de molybdène.

   Dans  ces conditions, et en adoptant pour l'angle     (3    une    valeur de     30 ,    les divers     paramètres    ont les valeurs  suivantes  
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    tg     J)        (bisulfure    de molybdène sur     acier)    = 0,04  Il s'ensuit que<B>:</B>     cp    = 11020'     -tp    =     2o20'    et,     cp    -     ip    =     9o.     



  Pour que la     relation    (3) soit satisfaite, il faut       choisir,    par exemple, pour a une valeur de     6,1,    soit  pour tg a, une valeur de l'ordre de 0,10  
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    La relation (3) est bien satisfaite         2o20'     <  60  <  90    Bien d'autres solutions sont possibles. C'est ainsi  que les     sabots    6     pourraient    être en   téflon  , le  frottement       téflon      sur acier (tg     J#    étant     encore     dans ce cas de l'ordre de 0,04)     permettant    de satis  faire aussi aux conditions susvisées.  



  On a représenté schématiquement en coupe       axiale,    sur les     fig.    7 et 8, une autre forme d'exécu  tion, selon     laquelle    les     rampes    r sont     hélicoïdales,     en utilisant cette fois,     comme    coins, des plateaux de  frottement 3 en     contact    avec des     surfaces    g annu  laires et coniques     portées        par    un corps 1,

   tandis que  l'autre corps 2 est     constitué    par un arbre traversant  le corps 1 et portant une came dont     les    faces latérales       ont    la     forme    de rampes hélicoïdales sur lesquelles  les plateaux 3 s'appuient par     des        surfaces    récipro  ques     (étant    entendu que les rôles des corps 1 et 2  pourraient être inversés).

      Le pas de ces     surfaces        hélicoïdales,    qui consti  tuent ici les rampes, est choisi tel que l'angle a de  ces     surfaces    avec un plan perpendiculaire à l'axe       respecte    en tout \point la condition de     non-coince-          ment       a >     Ji    (4)    Sur la     fig.    7, H est le rayon moyen des hélicoïdes,  R celui des     glissières    coniques g, et     (3    est le demi  angle au sommet de     ces    surfaces coniques,

   ce qui  permet d'écrire la condition d'arc-boutement comme  <B>suit</B>  
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    Les plateaux 3 sont appuyés sur le manchon 1  par des ressorts 9 qui tendent à les visser sur les  rampes r dans le sens qui les applique sur 1.  



  Dans cette forme d'exécution, il est acceptable  que les coefficients de frottement tg     cp,        tg        ,#p,    soient  égaux, ou même que tg     ip    soit plus grand que tg     cp,     le choix du rapport
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   permettant à lui seul de  rendre possibles les deux     formules    ci-dessus 4 et 5,  qui     traduisent    les deux     principes    fondamentaux.

   Mais,      bien entendu, pour rendre le mécanisme plus com  pact, il est parfaitement possible de     combiner    avec  un choix judicieux de
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   tous procédés qui, comme  indiqué plus haut, permettent de     diminuer    tg     ip    et  d'augmenter tg     (p.     



  En particulier, pour     augmenter    le travail de frot  tement sur la     glissière,    on peut,     comme    le montre la       variante    de la     fig.    9, multiplier le frottement grâce  à des disques d'embrayage 12, 13 interposés entre  les     corps    intermédiaires 3 et ,le corps 1 :

       comme     connu sur les embrayages à disques, des cannelures  seront     pratiquées    sur les     corps    3 et 1 afin de laisser  aux disques intermédiaires la     possibilité    de transla  tions axiales, les disques empilés étant rendus soli  daires en rotation, par     ces    cannelures, alternative  ment du     corps    1 (disque 12) ou du corps 3  (disque 13).  



  La formule (5) d'arc-boutement, si chaque corps  3     porte    n disques d'embrayage, s'écrit alors         (2n+1)Rtgqp>Htg(a+q,)    (6)    tout se passant     comme    si le nombre des glissières  était multiplié par (2 n + 1).  



  Ce type de roue libre à rampes     hélicoïdales    a  l'avantage de pouvoir être rendu insensible à l'action  de la force     centrifuge,    les plateaux 3 pouvant être       équilibrés    contre tout     balourd        dynamique.    Il peut       également    être     agencé    de façon à permettre un fonc  tionnement à haute fréquence, grâce par exemple à  des clavettes 11 interposées entre les     plateaux    3  et l'axe 2 et dont le rôle est de n'autoriser qu'un  léger recul en rotation     auxdits    plateaux 3.  



  Ces clavettes 11 laissent aux plateaux 3 une  liberté de rotation sur     l'arbre    2 juste suffisante pour  assurer l'appui de     ces    plateaux sur le     corps    1 et sur  les rampes r, afin de limiter le     recul    de ces plateaux  en cas de fonctionnement de la roue libre en mou  vement     alternatif    à haute fréquence. Un réglage est  prévu à l'aide, par exemple, d'une cale d'épaisseur K,  qui peut être changée à condition de dévisser des  vis     telles    que X.  



  Comme sur d'autres types de roues libres, le  déblocage du     mécanisme    arc-bouté, ou l'inversion du  sens de     fonctionnement,    peuvent être réalisés par des  mécanismes     complémentaires.  

Claims (1)

1. REVENDICATION Accouplement unidirectionnel, notamment roue libre, comprenant deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre avec interposition de cales s'ap puyant respectivement sur une glissière et sur des rampes, caractérisé par le fait que, d'une part, l'angle de coin a de la cale est supérieur à l'angle limite de frottement ip des cales sur les rampes et, d'autre part, l'angle de frottement cp sur la glissière est assez élevé pour que,

   pour un glissement fortuit, le frottement soit plus élevé au contact de la glissière qu'au contact des rampes. SOUS-REVENDICATIONS 1. Accouplement selon la revendication, carac térisé en ce que les angles sont choisis de façon que ip < a < y-ip. 2. Accouplement selon la revendication, caracté risé par le fait que, pour augmenter le frottement sur la glissière, les cales ont un profil en V. 3.

   Accouplement selon la revendication, caracté risé par le fait que les cales sont reliées, à la pièce que les entraîne, par des sabots orientables suscepti bles de tourner dans des logements cylindriques de ladite pièce. 4. Accouplement selon la revendication, caracté risé par le fait que les cales sont en matière plasti que et les autres pièces en acier. 5. Accouplement selon la revendication, caracté risé par .le fait que les cales sont en acier de cémen tation sulfinisé recouvert de bisulfure de molybdène, les autres pièces étant en acier. 6.

   Accouplement selon la revendication et la sous- revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle de coin est d'environ 6o, tandis que les angles de frot tement respectifs ip et cp sont d'environ 21, et llo. 7. Accouplement selon la revendication, caracté risé par des disques d'embrayage. 8.

   Accouplement selon la revendication, inter posé entre un arbre et un organe en rotation coaxial à cet arbre, caractérisé par le fait que l'arbre com porte une came à rampes hélicoïdales assurant dans le sens axial un contact libre avec les surfaces cor respondantes de deux cales constituées par des man chons symétriques montés sur ledit arbre avec une liberté restreinte de mouvement relatif en :

   rotation, manchons propres à s'appuyer eux-mêmes, par des surfaces de glissement de rayon moyen supérieur au rayon moyen des rampes (r), sur l'organe en rotation extérieur, le tout agencé de façon telle que l'entraînement par coincement ait lieu dans un sens de rotation, tandis que la roue libre est assurée dans l'autre sens. 9. Accouplement selon .la revendication et la sous- revendication 8, caractérisé par le fait que la came comporte deux profils hélicoïdaux opposés à 1800.

   10. Accouplement selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait que les glissières sont des surfaces coniques, de conicité p et que l'on s'arrange, compte tenu de l'obliquité a des rampes (r), pour observer la relation EMI0004.0093 où V et (p sont respectivement les coefficients de frottement des rampes et des glissières. 11.

   Accouplement selon la revendication et la sous-revendication 7, caractérisé par le fait que les glissières sont constituées par n disques, et que l'on s'arrange pour observer la relation (2n + 1) R tg cp H (tg a -i- V) .

   12. Accouplement selon la revendication et la sous-revendication 8, caractérisé par le fait que le coefficient de frottement ip des rampes est au moins égal à celui des glissières. 13. Accouplement selon la revendication et la sous-revendication 8, caractérisé par le fait que la liberté restreinte en rotation des manchons est obte nue par des clavettes laissant un jeu en rotation.