Brevet FR2269397A1 — publié le 19751128

La présente invention concerne les transmissions, de préférence de type hélicoïdal et, plus précisément, les engrenages à vis sans fin qui comportent une vis sans fin de forme non cylindrique, à profil creux ou vis globique. Un tel engrenage trouve, en regle générale, son application, soit dans les organes d'entratnement des mécanismes de levage et de transport, donc dans tous les mécanismes qui doivent supporter une charge relativement importante en comparaison avec les engrenages à vis sans fin ordinaires, soit dans les cas ot il est nécessaire de réduire l'encombrement d'un organe d'entrainement. L'on connaît des procédés de fabrication d'éléments d'engrenages à vis sans fin non cylindrique, procédés suivant lesquels on se sert de meules déplacées en translation et en suivant le profil de la -vis dans un plan contenant l'axe de la vis sans fin ou dans un plan parallèle à ce plan, ce qui entrain le changement de plusieurs paramètres d'engrenage. De tels procédés d'usinage des surfaces ne permettent pas de maintenir exactement le rapport de transmission prescrit-de l'engrenage en raison de l'im- précision du montage ultérieur de la vis par rapport à la roue lors de l'assemblage de l'engrenage, malgré une haute précision et une finition poussée des surfaces conjuguées. Voir par exemple : 1 P.S.Zak, "Transmission globotdale" Mashgiz, 1962. 2. P.S. -Zak, Ja.I.Bogin, D.E.Goller, "Etudes relatives aux transmissions à vis sans fin et réducteurs", VNIIPTUGLEMASH, publ. 8, édit. "Nedra", 1965. 3. Ja.I.Diker et L. I. Saguine "Principes de fabrication d'engrenages à vis sans fin globoSde",:MAshgiz, M, 19 60. La présente invention a donc pour but de remédier aux inconvénients susmentionnés et de créer un procédé d'usinage des surfaces du fliet d'une vis sans fin non cylindrique du type globique, et des dents de la roue conjuguée, permettant d'obtenir un engrenage à vis sans fin à surface de contact lacalisée. L'invention a également pour but de créer un engrenage à vis sans fin assurant la conservation d'un rapport de transmission constant présent malgré une imprécision de montage, se rodant rapidement en charge et ayant un rendement élevé et une capacité de charge importante. Selon 1' invention,on diange la position réciproque des éléments intervenant dans le processus technologique de la réalisation du filet de la vis sans fin et des dents de la roue tangente, afin d'obtenir un engrenage, à surface de ^ contact localisée, qui permet d'obtenir le rapport de transmission prescrit malgré une imprécision dans le montage, et qui, après un rodage accéléré en charge, possède un rendement élevé et une grande capacité. Selon l'invention, un procédé d'usinage du.filet d'une vis sans fin globique et des dents de la roue tangente correspondante, comprenant le taillage, la trempe et la rectification du filet de la vis sans fin, est caractérisé en ce que,à l'usinage de la vis sans fin, l'axe de rotation de l'ébauche est incliné dans le plan vertical sous un angle égal à l'angle d'inclinaison du filet hélicotdal de la vis sans fin au point central ou pole d'engrènement, qui est situé sur la ligne d'entraxe, de manière que le plan de pivotement des aretes tranchantes des outils, passant par ce polie et parallèle au plan de la table de la machine, soit perpendiculaire au filet hélicotdal de la vis sans fin dans le pâle, les pans actifs des outils droit et gauche étant symétriques, les aretes tranchantes des outils étant orientées sous un angle égal à l'angle de pression par rapport à la ligne d'entraxe, en- ce que,avant de procéder au taillage du filet de la vis sans fin, on augmente l'entraxe de la machine par rapport à la valeur nominale de l'en- traxe de la vis sans fin et de la roue dans l'engrenage à réaliser, en ce que, une fois la surface de la vis sans fin trempée, on rectifie le filet par une meule avec une génératrice rectiligne, qui est orientée de la meme façon que l'arête tranchante de l'outil et déplacée par pivotement et en suivant le profil de la vis dans le plan de taillage, et en ce que les surfaces des dents de la roue tangente sont façonnées par une fraise, dont les aretes tranchantes sont situées sur une surface qui est identique à celle de la vis taillée au préalable. Une telle solution permet d'obtenir une surface de qualité élevée et précise du filet-de la vis globique trempée et,dans l'engrenage assemblé, le contact correct de cette surface avec les surfaces des dents de la roue dans un plan perpendiculaire au filet hélicoïdal de la vis à chaque point d'engrènement. Selon l'une des variantes de mise en oeuvre du procédé de l'invention, l'augmentation de l'entraxe se fait de manière que le rayon du cercle primitif de la roue-outil fictive soit égal à R = Z r Sin B, où est le rayon du cercle primitif de la roue-outil fictive, par laquelle on entend une série de positions successives de l'cette tranchante rectiligne ou de la génératrice de la meule sur une surface de roue fictive, avec un pas égal au pas de denture primitif au pile; Z le nombre entier supposé des dents de la roue fictive; r le rayon de la surface primitive de la vis sans fin dans le plan radial médian; B l'angle d'inclinaison du filet hélicotdal de la vis sans fin au p5le. Une telle disposition permet d'obtenir, dans l'engrenage assemblé et rodé, une courbure réduite au minimum au point d'engrènement et assure des conditions avantageuses de lubrification des surfaces actives L'invention a en outre pour objet un engrenage à vis sans fin globique, réalisé selon le procédé décrit et caractérisé en ce que les surfaces actives des dents de la roue sont réalisées par la surface héli cotidale tranchante d'une fraise ayant la forme de la surface active de la vis sans fin conjuguée, la rectification étant effectuée selon des génératrices rectilignes dans un plan perpendiculaire à la -surf;ce active héli cordiale de la vis sans fin au point d'engrènement. Une telle solution permet de réaliser un engrenage à vis globique dans lequel il existe un contact simultané et initialement ponctuel entre plusieurs paires de dents de la roue et des spires correspondantes du filet de la vis, dans lequel la ligne d'engrènement est une courbe située dans un plan perpendiculaire au filet de la vis à chaque point de cette ligne d'engrènement, ainsi que le parallélisme des surfaces actives aux points d'engrènement, ce qui assure l'obtention du rapport de transmission prescrit, meme en cas d'imprécision du montage. Cette particularité permet notamment l'utilisation de l'engrenage ainsi réalisé comme un couple réducteur dans les chaines cinématiques de machines-outils. A l'assemblage de l'engrenage, il n'est plus nécessaire de respecter aussi rigoureusement que dans l'art antérieur les conditions relatives à I'exactitude du montage des éléments. La durée de rodage de l'engrenage sous charge est réduite -grace à la haute précision d'usinage des surfaces et au parallélisme des surfaces actives au voisinage du point de contact initialement ponctuel. La capacité de charge de l'engrenage réalisé selon l'invention et son rendement- sont supérieurs à ceux des engrenages connus de ce type, grace aux conditions améliorées de la lubrification des surfaces actives aux points due contact. Les caractéristiques fonctionnelles et d'utilisation de ltengrenage, dépendant dans une grande mesure de la technologie de l'usinage des dents, se distinguent par leur stabilité. Etant donné que le procédé permet d'obtenir un filet de vis trempé d'une bonne qualité de surface, on peut utiliser des matières bon marché pour remplacer le bronze phosphoreux utilisé habituellement pour la couronne de la roue tangente. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif d'un engrenage à vis globique, ainsi que des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement, en élévation, la disposition de la vis sans fin au cours de l'usinage selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement, par une vue d'en haut, la disposition selon l'invention des outils et de la meule, - la figure 3 est une vue en élévation d'un engrenage à vis sans fin selon l'invention, - la figure 4 est une coupe partielle de l'engrenage à vis sans fin de la figure 3 dans le plan d'engrènement. L'ébauche d'acier de la vis sans fin 1, dont la dureté superficielle est de 30 Rockwell à peu près (figure 1) apres le tournage, pendant lequel on confère à ladite ébauche la forme de révolution globotdale, est fixée dans la broche d'une fraiseuse à tailler les engrenages (non représentée). On incline l'axe 2 de la broche de la machine par rapport à l'horizontale d'un angle B correapondanta l'angle d'inclinaison du filet hélicoïdal 3 de la vis 1 au pdle d'engrènement "P" qui est situé sur la ligne d'entraxe 0102 de la machine à la distance 01P = r à partir du centre de la vis 1, (figure 2). L'axe 2 de la broche et de la vis est perpendiculaire à l'entraxe 0102 et coupe cet entraxe au centre 01 de la vis. L'angle F est calculé à l'aide de la formule connue tg = i A - r (1) r où : i est le rapport de transmission prescrit; A la distance nominale entre les axes de la vis sans fin et de la roue de l'engrenage; r le rayon de la surface primitive de la vis dans le plan radial médian. Les aretes tranchantes des outils homologues 6 et 7 sont disposées dans le plan de taille horizontal 8, qui est paraIlèle au plan de la table non représentée de la machine-outil et contient la ligne d'entraxe 0102 de la machine. Du fait que l'axe 2 de la broche est incliné d'un angle ss, le plan de taille 8 est perpendiculaire au filet hélicotdal 3 de la vis au pOle P. Les pans actifs non représentés des outils droit et gauche 6 et 7 sont symétriques par rapport à un rayon partant du centre 02 de la roueoutil fictive. Les angles a formés entre les aretes tranchantes et un rayon 9 de la roue-outil fictive sont égaux à l'angle de pression. Par la roue-outil fictive, on entend une série de positions successives de l'arête tranchante sur un cercle primitif à rayon R# avec un pas égal au pas au pôle P. Le rayon R . du cercle primitif de la roue fictive est cal- culé d'après la formule r = Z# r. Sin ss (2) où : R# est le rayon du cercle primitif de la roue fictive; le nombre entier supposé des dents de la roue fictive. La demanderesse a constaté que pour permettre l'assemblage correct de la vis globique et de la roue tangente, le rayon du cercle primitif de la roue fictive ne doit pas être inférieur à la valeur établie à l'aide de la formule R. r - A r r - A sin L'entraxe 0102 de la machine-outil pendant l'usinage de la vis sans fin correspond à A 'Rid + r (4) m Au cours du taillage du filet de la vis sans fin, les aretes tranchantes 4 et 5 pivotent autour de l'axe 02 de la roue fictive dans la direction ##, , tandis que la vis 1 tourne autour de l'axe 2 de la broche dans la direction 4/4, La channe cinématique de la machine doit produire le rapport de vitesses où : 4 est la vitesse angulaire de rotation de la vis sans fin, la là la vitesse angulaire de pivotement de la roue fictive, Z le nombre de dents de la roue fictive, Z4 le nombre de spires du filet de la vis sans fin. Afin d'accélerer l'opération de taillage, on fait appel à des têtes à plusieurs outils, dont les aretes sont orientées d'une manière identique aux aretes tranchantes 4 et 5 La rectification des-surfaces du filet, dont la dureté peut etre portée jusqu'à 50 Rockwell à peu près partrempe, est effectuée à l'aide d'une surface de révolution à génératrice rectiligne, notamment, la surface d'une meule conique. Dans ce cas, la génératrice 10 de la meule 11 doit être placde dans le plan de taillage 8 d'une façon identique à l'arête tranchante 4 de l'outil et déplacée suivant la méthode déjà décrite pour la rectification du flanc droit du filet de la vis 1.Pour rectifier le flanc gauche du filet, on fait cotncider la génératrice 10 de la meule avec l'arete tranchante 5 de l'outil droit, en tournant la meule 11 de 1800, le sens de pivotement de la roue fictive restant invariable. La couronne de la roue tangente est réalisée en bronze ou une matière analogue. Les surfaces des dents de la roue de ltengrenage sont usinées avec une fraise hélicotdale, dont les aretes tranchantes sont situées sur une surface identique à celle de la vis sans fin taillée au préalable. Pdùr le taillage des dents1 on fixe l'ébauche de la roue sur la table de la machine-outil tandis que la fraise est fixée dans la broche. Le positionnement de la fraise doit correspondre à la position du filet de la vis, l'axe de la fraise étant perpendiculaire à l'axe de la roue à tailler. Le dégrossissage des dents s'opère en rapprochant dans le sens radial les axes de la fraise et de la roue jusqu' l'obtention de l'en- traxe nominal.. Le finissage s'opère par l'approche par pivotement de la roue vers la fraise, l'entraxe étant nominal. L'engrenage à vis sans fin constitué par une vis sans fin globique 1 et une roue tangente 12 (figure 3), réalisées conformément au procédé indiqué,présente un engrènement simultané à contacts ponctuels de plusieurs paires de dents et du filet de la vis, dans un plan d'engrènement 13 qui est perpendiculaire au filet hélicotdal 3 au pble P. Gracie à la simultanéité de ces contacts ponctuels entre la vis et la roue, le bon fonctionnement de l'engrenage ne risque pas d'être affecté par une imprécision dans le montage de la vis par rapport à la roue, car c'est la courbe, située dans le plan d'engrènement 13, qui forme la ligne d'en engrènement; à chaque point de contact de cette ligne, les surfaces actives conjuguées sont parfaitement parallèles Au point de contact K (figure 4), les surfaces du filet de la vis 1 et de la dent conjuguée de la roue 12, forment théoriquement plusieurs contacts ponctuels mais s'appliquent en fait intimement l'une contre l'autre. Dans ltengrenage assemblé il se forme en réalité une surface localisée de contact en raison de la déformation élastique des surfaces actives des dents. Cette surface croit progressivement au fur et à mesure du rodage. Ces surfaces de contact localisées permettent un rodage rapide et, devenues relativement grandes, confèrent une grande capacité de charge à l'engrenage. REVEND ICAT 10 NS 1. Procédé d'usinage du filet d'une vis sans fin globique et des dents d'une roue tangente conjuguée, comprenant un taillage, une trempe et une rectification du filet de la vis sans fin trempée, caractérisé en ce que, à l'usinage de la vis sans fin, l'axe de rotation de l'ébauche est incliné dans le plan vertical sous un angle égal à l'angle d'inclinaison du filet hélicoidal de la vis sans fin au point central ou pOle d'engrenement, qui est situé sur la ligne d'entraxe de manière que le plan de pivotement des arêtes tranchantes des outils, passant par ce pOle et parallèle au plan de la table de la machine, soit perpendiculaire au filet hélicoïdal de la yis sans fin dans le polie, les pans actifs des outils droit et gauche étant symétriques, les arêtes tranchantes des outils étant orientées sous un angle égal à l'angle de pression par rapport à la ligne d'entraxe, en ce que,avant de procéder au taillage du filet de la vis sans fin,on augmente l'entraxe de la machine par rapport à la valeur nominale de l'entraxe de la vis sans fin et de la roue dans l'engrenage à réaliser, en ce que, une fois la surface de la vis sans fin trempée, on rectifie le filet par une meule avec une génératrice rectiligne, qui est orientée de la meme façon que l'arête tranchante de l'outil et déplacée par pivotement et en suivant le profil de la via dans le plan de taillage, et en ce que les surfaces des dents de la roue tangente sont façonnées par une fraise, dont les arêtes tranchantes sont situées sur une surface qui est identique à celle de la vis taillée au préalable. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'augmentation de l'entraxe se fait de manière que le rayon du cercle primitif de la roue-outil fictive soit égal à R = Z r Sin ss, ou est est le rayon du cercle primitif de la roue-outil fictive, par laquelle on entend une série de positions successives de l'arête tranchante rectiligne ou de la génératrice de la meule sur une surface de roue fictive, avec un pas égal au pas de denture primitif au pile; Z le nombre entier supposé des dents de la roue fictive; r le rayon de la surface primitive de la vis sans fin dans le plan radial médian ss l'angle d'inclinaison du filet hélicoidal de la vis sans fin au pâle. 3. Engrenage à vis sans fin globique, réalisé par le procédé selon revendications 1 et 2 prises ensemble, caractérisé en ce que les surfaces actives des dents de la roue sont réalisées par la surface hélicotdale tranchante d'une fraise ayant la forme de la surface active de la vis sans fin conjuguée, la rectification étant effectuée selon des génératrices rectilignes dans un plan perpendiculaire à la surface active héli cotidale de la vis sans fin au point d'engrènement.