FR2525710A1 - Torque limiter for shaft coupling - connecting screws have narrow central throat that break above predetermined torque - Google Patents

Abstract

The torque limiter comprises a driving shaft (1) and a driven shaft (3) each entering a plate (2,4) in rotation. Each plate is connected to a disc (5,8) and each disc is connected to a ring (6,9) with a rolling mechanism (7). Several screws (10) are arranged in coaxial bores in the plates and discs, and are tightened by a screw nut (11). The screw has a narrow central throat (12) that breaks during an unwanted predetermined increase in the normal torque value, to uncouple the shafts but leave them aligned. The throat diameter is a function of allowable torque increase.

Description

Dispositif limiteur de couple pour accouplements d'arbres
La présente invention a pour objet un dispositif limiteur de couple pour accouplements d'arbres.Torque limiting device for shaft couplings
The present invention relates to a torque limiting device for shaft couplings.

On sait que dans les lignes formées d'arbres mutuellement accouplés se trouvent assujettis des organes tels que des rotors de turbines de moteurs ou de compresseurs, des pignons des roues dentées et autres, qui subissent des contraintes mécaniques importantes résultant du couple transmis, ainsi que des efforts engendrés par des facteurs thermiques et dynamiques. It is known that in the lines formed from mutually coupled shafts are subjected members such as rotors of engine or compressor turbines, sprockets of toothed wheels and the like, which undergo significant mechanical stresses resulting from the transmitted torque, as well as forces generated by thermal and dynamic factors.

Dans le cas où il se produit une augmentation intempestive de la valeur du couple transmis, augmentation résultant par exemple d'une cause d'origine électrique telle qu'un court-circuit, ou d'une cause mécanique due par exemple à un défaut de couplage, lesdits organes risquent d'être endommagés, voire même mis hors d'usage. In the event of an untimely increase in the value of the transmitted torque, increase resulting for example from an electrical cause such as a short circuit, or from a mechanical cause due for example to a fault in coupling, said members may be damaged, or even put out of use.

Or de tels organes sont généralement d'une réalisation délicate et relativement onéreuse et toute avarie se solde par des frais importants de réparation ainsi que par des arrêts parfois de longue durée des dispositifs ou machines dans lesquels ils sont intégrés. However, such bodies are generally of a delicate and relatively expensive construction and any damage results in significant repair costs as well as in sometimes long-term shutdowns of the devices or machines in which they are integrated.

I1 s'avère donc indispensable d'éviter au maximum toute augmentation de la valeur du couple transmis par la rotation des arbres auxquels sont assujettis lesdits organes. It is therefore essential to avoid as much as possible any increase in the value of the torque transmitted by the rotation of the shafts to which said members are subjected.

On a proposé à cet effet d'intercaler entre deux arbres d'une ligne d'arbres un accouplement à friction du type embrayage à disques de frottement, évitant en permanence tout désalignement des arbres. It has been proposed for this purpose to interpose between two shafts of a line of shafts a friction coupling of the clutch disc type friction, permanently avoiding any misalignment of the shafts.

Cependant un tel dispositif bien que caractérisé par une mise en oeuvre relativement simple, nécessite pour sa réalisation un grand nombre de pièces telles que bagues, ressorts, moyeux, disques et autres dont l'exécution est relativement délicate et onéreuse.However, such a device although characterized by a relatively simple implementation, requires for its production a large number of parts such as rings, springs, hubs, discs and the like, the execution of which is relatively delicate and expensive.

I1 a été également envisagé d'intercaler entre les extrémités de deux arbres un arbre dit de torsion dont la section est prédéterminée de sorte qu'il se brise lors d'une augmentation intempestive du couple transmis. Un tel système bien que présentant une grande simplicité à cependant comme inconvénient majeur le fait que dès la rupture de l'arbre de torsion, les deux arbres deviennent indépendants l'un de l'autre.  I1 has also been envisaged to insert between the ends of two shafts a so-called torsion shaft whose section is predetermined so that it breaks during an untimely increase in the transmitted torque. Such a system, although having great simplicity, has however as a major drawback the fact that as soon as the torsion shaft breaks, the two shafts become independent of each other.

Plus précisément, dans le cas d'une ligne d'arbres comprenant un élément flexible, ce dernier n'est plus maintenu dans l'axe de rotation, créant ainsi un déséquilibre ou balourd pouvant endommager gravement les paliers et autres pièces associées auxdits arbres. More specifically, in the case of a line of shafts comprising a flexible element, the latter is no longer held in the axis of rotation, thus creating an imbalance or unbalance which can seriously damage the bearings and other parts associated with said shafts.

En outre, dans le cas où la ligne d'arbres comporte un alternateur ou un moteur dont les rotors ne sont maintenus axialement que par la butée du réducteur, la rupture de l'accouplement libère le rotor qui glisse sur ses paliers pour venir de la sorte en contact avec certains éléments du stator, provoquant des dégâts importants, voire même la mise hors d'usage de certains composants essentiels de ces machines. In addition, in the case where the line of shafts comprises an alternator or a motor whose rotors are only held axially by the stop of the reducer, the rupture of the coupling releases the rotor which slides on its bearings to come from the so in contact with certain elements of the stator, causing significant damage, or even the disabling of certain essential components of these machines.

Dans le but d'éviter les inconvénients précités, la Demanderesse a donc mis au point un dispositif simple, peu onéreux, apte à assurer une limitation du couple transmis dans une ligne d'arbres, tout en présentant une grande fiabilité. In order to avoid the aforementioned drawbacks, the Applicant has therefore developed a simple, inexpensive device, capable of ensuring a limitation of the torque transmitted in a line of shafts, while having great reliability.

L'invention a donc pour objet un dispositif limiteur de couple pour accouplements d'arbres à savoir un arbre menant et un arbre mené, chacun desdits arbres entraînant en rotation un plateau, caractérisé par le fait que chacun desdits plateaux est lié à un disque, ledit disque étant lui-même lié à l'une des bagues d'un roulement, au moins une vis étant engagée dans des alésages ménagés dans lesdits plateaux et lesdits disques et serrée au moyen d'un écrou, ladite vis présentant sensiblement à sa partie centrale une gorge, de sorte que lors d'une augmentation intempestive prédéterminée de la valeur normale dudit couple, ladite vis se brise au niveau de ladite gorge, ledit arbre menant ainsi que ledit arbre mené se trouvant ainsi désaccouplés tout en demeurant alignés selon leur axe de rotation commun. The subject of the invention is therefore a torque limiting device for shaft couplings, namely a driving shaft and a driven shaft, each of said shafts rotating a plate, characterized in that each of said plates is linked to a disc, said disc itself being linked to one of the rings of a bearing, at least one screw being engaged in bores made in said plates and said discs and tightened by means of a nut, said screw having substantially in its part central a groove, so that during a predetermined untimely increase in the normal value of said torque, said screw breaks at said groove, said driving shaft as well as said driven shaft thus being uncoupled while remaining aligned along their axis of common rotation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence à la figure annexée qui représente un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, given by way of purely illustrative but in no way limiting, with reference to the appended figure which represents a preferred embodiment of the device according to the invention.

Sur la figure annexée, la référence 1 désigne un arbre menant sur lequel est solidarisé un premier plateau 2 par frettage, clavetage ou par tout autre moyen approprié. In the appended figure, the reference 1 designates a driving shaft on which a first plate 2 is secured by shrinking, keying or by any other appropriate means.

La référence 3 désigne l'arbre mené sur lequel est fixé un deuxième plateau 4 et cela de façon analogue au mode de fixation dudit arbre menant 1. The reference 3 designates the driven shaft on which a second plate 4 is fixed, and this in a manner analogous to the method of fixing said driving shaft 1.

Par ailleurs, un première disque 5 est assujetti d'une part au premier plateau 2, et d'autre part à la bague intérieure 6 d'un roulement à billes 7. Furthermore, a first disc 5 is subjected on the one hand to the first plate 2, and on the other hand to the inner ring 6 of a ball bearing 7.

De même, un deuxième disque 8 est assujetti d'une part au deuxième plateau 4 et d'autre part à la bague extérieure 9 dudit roulement à billes 7. Likewise, a second disc 8 is subjected on the one hand to the second plate 4 and on the other hand to the outer ring 9 of said ball bearing 7.

En outre des vis 10, par exemple au nombre de six à huit sont engagées dans des alésages ménagés dans les plateaux 2 et 4, ainsi que dans les disques 5 et 8, ces vis étant serrées chacune au moyen d'un écrou tel que 11. Ces vis présentent sensiblement à leur partie centrale, donc entre les disques 5 et 8 une gorge 12 de profondeur prédéterminée, de sorte à réduire sa section à ce niveau. In addition, screws 10, for example six to eight in number, are engaged in bores made in plates 2 and 4, as well as in discs 5 and 8, these screws being each tightened by means of a nut such as 11 These screws have substantially at their central part, therefore between the discs 5 and 8, a groove 12 of predetermined depth, so as to reduce its section at this level.

Un tel dispositif fonctionne de la façon suivante
En régime de fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque le couple présente une valeur normale, la transmission de ce dernier de l'arbre menant 1 à l'arbre mené 3 se fait par l'intermédiaire des vis 10 et des plateaux 2 et 4, le centrage desdits plateaux l'un par rapport à l'autre étant assuré par l'ensemble comportant les disques 5 et 8, le roulement à billes 7 et les plateaux 2 et 4.Such a device operates in the following manner
In normal operating conditions, that is to say when the torque has a normal value, the transmission of the latter from the driving shaft 1 to the driven shaft 3 is done by means of the screws 10 and the plates 2 and 4, the centering of said plates relative to each other being ensured by the assembly comprising the disks 5 and 8, the ball bearing 7 and the plates 2 and 4.

Si l'on suppose maintenant qu'il se produise une augmentation intempestive du couple transmis pouvant porter préjudice aux divers organes liés aux arbres, il se produit une contrainte mécanique dans la partie amincie des vis 10 par les gorges 12 entraînant la rupture desdites vis à ce niveau. Il en résulte que les disques 5 et 8 et par la même les plateaux 2 et 4 se trouvent desaccouplés, le centrage desdits plateaux et en conséquence l'alignement de l'arbre menant 1 et de l'arbre mené 3 solidaires desdits plateaux demeurant cependant assuré autour d'un axe commun. If we now assume that there is an untimely increase in the transmitted torque which can be detrimental to the various organs linked to the shafts, there is a mechanical stress in the thinned part of the screws 10 by the grooves 12 causing the said screws to break. this level. It follows that the discs 5 and 8 and by the same the plates 2 and 4 are uncoupled, the centering of said plates and consequently the alignment of the driving shaft 1 and the driven shaft 3 integral with said plates remaining however ensured around a common axis.

On notera en outre que le roulement 7 s'oppose à tout glissement des arbres dans leurs paliers et évite tout endommagement des organes liés aux arbres. It will also be noted that the bearing 7 opposes any sliding of the shafts in their bearings and avoids any damage to the members linked to the shafts.

Le dispositif selon l'invention assure donc à la fois une grande sécurité dans la transmission des couples et le maintien de l'alignement des arbres selon un axe commun. The device according to the invention therefore provides both great security in the transmission of torques and the maintenance of the alignment of the shafts along a common axis.

En outre, l'opération de changement des vis 10 brisées est une opération simple pouvant être effectuée dans un laps de temps minimal. In addition, the operation of changing the broken screws 10 is a simple operation which can be carried out in a minimum period of time.

De plus, le dispositif selon l'invention n'augmente guère les caractéristiques d'encombrement, d'inertie, et de rigidité de l'accouplement auquel il est intégré. In addition, the device according to the invention hardly increases the size, inertia and stiffness characteristics of the coupling in which it is integrated.

Il trouve des applications avantageuses dans le domaine de la mécanique en général et en particulier dans celui de la transmission de puissances élevées. It finds advantageous applications in the field of mechanics in general and in particular in that of the transmission of high powers.

Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and shown which has been given only by way of example.

En particulier, on peut sans sortir du cadre de l'invention apporter des modifications de détail, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents susceptibles d'y assurer la même fonction technique ou une fonction technique équivalente. In particular, it is possible without departing from the scope of the invention to make detailed modifications, to change certain provisions or to replace certain means by equivalent means capable of ensuring the same technical function or an equivalent technical function therein.

C'est ainsi que le dispositif selon l'invention pourrait éventuellement être mis en oeuvre dans un accouplement du type élastique, ou dans un accouplement sans plateau à moyeux manchons et entretoises du genre accouplement à dentures. Thus, the device according to the invention could possibly be implemented in a coupling of the elastic type, or in a coupling without plate with hubs, sleeves and spacers of the gear coupling type.

De telles variantes, à la portée de l'homme de l'art, ne pourraient donc pas être considérées comme des réalisations débordant du cadre et de l'esprit de la présente invention.  Such variants, within the reach of those skilled in the art, could therefore not be considered as embodiments going beyond the scope and the spirit of the present invention.

Claims (3)

REVENDICATIONS 1/ Dispositif limiteur de couple pour accouplements d'arbres à savoir un arbre menant (1) et un arbre mené (3) chacun desdits arbres entraI- nant en rotation un plateau (2, 4), caractérisé par le fait que chacun desdits plateaux est lié à un disque (5, 8), ledit disque étant luimême lié à l'une des bagues (6, 9) d'un roulement (7), au moins une vis (10) étant engagée dans des alésages ménagés dans lesdits plateaux (2, 4) et lesdits disques (5, 8) et serrée au moyen d'un écrou (11), ladite vis (10) présentant sensiblement à sa partie centrale une gorge (12), de sorte que lors d'une augmentation intempestive prédéterminée de la valeur normale dudit couple, ladite vis (10) se brise au niveau de ladite gorge (12), ledit arbre menant (1) ainsi que ledit arbre mené (3) se trouvant ainsi désaccouplés tout en demeurant alignés selon leur axe de rotation commun.1 / Torque limiting device for shaft couplings, namely a driving shaft (1) and a driven shaft (3) each of said shafts rotating a plate (2, 4), characterized in that each of said plates is linked to a disc (5, 8), said disc being itself linked to one of the rings (6, 9) of a bearing (7), at least one screw (10) being engaged in bores made in said plates (2, 4) and said discs (5, 8) and tightened by means of a nut (11), said screw (10) having substantially at its central part a groove (12), so that during a untimely predetermined increase in the normal value of said torque, said screw (10) breaks at said groove (12), said driving shaft (1) and said driven shaft (3) thus being uncoupled while remaining aligned according to their common axis of rotation. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la profondeur de la gorge (12) pratiquée dans ladite vis (10) est prédéterminée en fonction de l'augmentation de la valeur normale dudit couple. 2 / Device according to claim 1, characterized in that the depth of the groove (12) formed in said screw (10) is predetermined as a function of the increase in the normal value of said torque. 3/ Appareillage mettant en oeuvre au moins un dispositif limiteur du couple selon l'une des revendications précédentes. 3 / Apparatus using at least one torque limiting device according to one of the preceding claims.