Brevet FR2300649A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne les procedis de finition d'engrenages et elle concerne plus particulièrement un procédé de finition par roulage de dentures de pignons ou d'organes dentés analogues. 3ien que les procédés classiques de finition par roulage des dentures de pignons hélicoidaux ou dtorganes analogues au moyen de matrices extérieures de roulage ayant des dents complémentaires de celles des dents de pignons à traiter donnent des résultats satisfaisants lorsqu'il s'agit de pignons hélicoidaus, ces procédé n'ont jusqu'ici pu entre utilisés efficacement pour la finition des pignons droits. Les procédées classiques de finition par roulage de pignons impliquent ltutilisation d'une ou de plusieurs matrices dentées extérieurement semblables à des pignons et qui engrènent avec le pignon à traiter. Les aies du pignon et de la ou des matrices sont parallèles. Une avance d'une relativement grande amplitude sous très forte pression est imprimée à la ou aux matrices dans un sens perpendiculaire à leursaxes ét à celui du pignon. Une des caractéristiques d'un engrenage comprenant deux pignons droits ayant des axes parallèîes est que le contact entre une dent d'un pignon et une dent du pignon complémentaire s1 établit et cesse instantanément sur toute la longueur de la zone de contact. Il en résulte que l'engrènement de deux dents complémen- taires d'un couple de pignons droits s'accompagne d'un léger choc et que ltengrènement cesse ensuite brusquement, ce qui engendre à nouveau un léger choc et altère également la régularitd du contact d'engrènement. Les conditions sont notablement différentes lorsqu'il s'agit de l'engrènement de deux pignons hélicoSdau tournant sur des aies parallèles. Dans ce cas, le contact s'amorce en un point situé sur un des cotés de la denture et ce point de contact initial se d4Slace progressivement sur toute la largeur des dents, jusqu'à cê que les deux dents complémentaires soient en contact sur toute leur largeur, Ces conditions sont identiques lorsque les deux dents en prise cessent progressivement titre en contact.Ce mode d'engrènement semble entre la principale raison qui permette de finir avec précision des pignons hélicoi- daux au moyen d'une ou de deux matrices de roulage à dentures hélicoidales ayant des axes parallèles à celui du pignon. Un des paramètres qui déterminent la caractéristique d'engrènement de deux pignons est le nombre de dents qui sont en contact. Sauf dans certains cas exceptionnels, le nombre de dents en contact de deux pignons en prise n'est pas constant, mais la plupart du temps il varie d'une seule unité, c'est-àdire que ce nombre est par exemple alternativement un et deux. On caractérise fréquemment les deux pignons d'un engrenage en indiquant qu'ils ont par exemple un: rapport de contact de 1,7 ou qu'ils ont 1,7 dent en contact. Ce nombre caractéristique signifie en fait que les pignons ont deux jeux de dents en contact pendant une partie du cycle et un seul jeu de dents en contact pendant le reste du cycle Cette indication décimale d'un rapport de contact de 1,7 ou de 1,7 dents en contact signifie en réalité que deux dents: de chaque pignon sont en contact pendant sept dixièmes du temps et qu'une seule des dents de chaque pignon est en contact pendant trois dixièmes du temps. Ces con ditions supposent un jeu d'engrènement quib bien entendu ne sauraie exister dans une technique de finition par roulage qui implique une très forte pression de contact. Par ailleurs, il apparat évident que le nombre des dents en contact et la largeur de la bande de contact ont une influence prépondérante sur les résultats obtenus dans une opération de finition par roulage dans laquelle un dEplacement du métal des surfaces des dents du pignon est provoqué par la pression très élevée exercée par la denture de la matrice en acier à haute dureté. Ainsi, par exemple, dans la période pendant laquelle le contact matrice-pignon est limité à une seule paire de dents complémentaires, toute la pression qui s'exerce entre le pignon et la matrice se concentre sur les surfaces des dents qui se touchent.Lorsque le nombre de dents en contact change et passe par exemple d'une paire de dents à deux paires de dents, l'amplitude de la pression unitaire qui s'exerce sur les zones de contact ne correspond alors qu'environ à la moitié de l'ampli tude de la pression exercée lorsque les deux dents d'une seule paire sont en contact. Un second facteur qui intervient dans les résultats obtenus dans la finition de pignons par roulage sous relativement forte pression au moyen d'une matrice dentée complémentaire est la largeur de la bande de contact entre les dents de la matrice et celle du pignon. Les dents d'une matrice à denture interne tendent à envelopper les dents extérieures du pignon en cours de finition, ce qui augmente la largeur de la bande de contact des dents complémentaires. La surface des flancs d'une dent intérieure a une forme concave alors que les dents extérieures de pignon ont des flancs dont la surface extérieure est convexe. Par conséquent, ces deux surfaces tendent à se conformer l'une à l'autre, c'està-dire à s'envelopper sur une largeur plus grande que les surfaces des dents extérieures complémentaires de deux pignons en prise. Cet effet de recouvrement ou d'enveloppement des surfaces augmente la largeur de la bande de contact pour des pressions dquivalentes,ce qui permet d'obtenir une meilleure précision du profil des dents du pignon fini. Théoriquement, deux dents en prise ne se touchent que sur une ligne de contact. Cependant, dans la pratique, et en particulier dans la finition par roulage sous très forte pression, le contact de deux dents complémentaires s'effectue sur une bande d'une largeur appréciable en raison des déformations élastiques ou permanentes du métal et en particulier de celui des dents du pignon. Les flancs des dents à profil en développante de cercle d'un pignon ont des surfaces convexes. Les flancs des dents à profil en développante de cercle d'une couronne dentée intérieurement ont des surfaces concaves. Il en résulte que pour des pressions de contact identique, la largeur de la bande de contact est différente selon que les deux dents en contact sont l'une et l'autre des dents extérieures ou l'une une dent intérieure et l'autre une dent extérieure. L'invention a donc pour objet un nouveau procédé de finition par roulage de pignons et en particulier de pignons droits. Ce procédé se caractérise en ce qu'il consiste à augmenter d'une part le nombre des dents en contact et d'autre part à augmenter la largeur de la bande de contact des dents. A cet effet, la matrice de roulage est une couronne dentée intérieurement, ce qui a précisément pour effet à la fois d'augmenter la largeur de la bande de contact et d'augmenter le nombre des dents en contact mutuel. Par ailleurs, les dents intérieures de la matrice peuvent être étudiées de manière à créer une condition dans laquelle le nombre des paires de dents en contact est un nombre entier par exemple 2 ou 9; Ainsi, au moment où les surfaces de deux dents d'une paire viennent en contact, les deux dents d'une seconde paire se séparent. Il en résulte que la pression unitaire qui s'exerce sur les zones de contact reste pratiquement uniforme pour autant que le nombre des dents en contact soit correctement choisi. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est une vue en plan partiel illustrant 1' en- grènement d'un pignon et d'une matrice de roulage à denture interne ; et les figures 2 et 3 sont des schémas illustrant les différences des conditions de travail d'une matrice de roulage à denture externe et d'une matrice à denture interne. La figure 1 représente partiellement un pignon 10 dont les dents 12 engrènent étroitement avec une matrice 14 en forme de couronne à denture interne 16 d'acier trempé ayant la forme sensiblement complémentaire de la forme définitive de la denture 12. L'invention s'applique indifféremment à la finition de pignons droits ou hélicoidaux et dans les deux cas elle améliore considérablement les résultats obtenus. Cependant, lorsqu'elle est appliquée à la finition de pignons droits, elle apporte une solution à un problème de finition par roulage qui n'a jamais pu être résolu jusqu'ici de façon satisfaisante. lies figures 2 et 3 représentent schématiquement la déformation d'une surface convexe d'une part par une surface de roulage convexe et d'autre part par une surface de roulage concave, les deux surfaces de roulage ayant les mêmes diamètres respectifs dans les deux cas. Sur ces deux figures, il faut noter que la déformation se produit sur l'élément qui a le plus petit rayon de courbure et qui correspond à une partie du pignon à denture extérieure qui est en cours de finition. Sur la figure 2, un arc convexe 1 est en contact par un point de tangente Pa avec un arc convexe 2 ayant un plus grand rayon de courbure. Les arcs 1 et 2 correspondent respectivement aux surfaces des dents engrènées du pignon et de la matrice. On suppose que l'arc 2 doit pénétrer à l'intérieur de l'arc 1 sur une profondeur d sous l'effet de la pression de contact, il apparatt évident que la largeur de la bande de contact pendant cette pénétration correspond à la distance Da. La figure 3 permet de comparer les conditions de travail lorsqu'un arc concave 3 de grand rayon initialement tangent au point Pb à ltarc convexe 1 (qui est le meme que celui de la figure 1) pénètre dans l'arc 1 sur une profondeur d qui est identique à d de la figure 1.On voit que dans ce cas, la bande de contact a une largeur Db qui est considérablement plus grande que la largeur Da de la figure 2. Bien entendu, ha pression de contact nécessaire à faire pénétrer l'arc de grand rayon à la profondeur d dans l'arc 1 de petit rayon doit etre beaucoup plus grande dans le cas de la figure 3 que dans le cas de la figure 2. Autrement dit, une pression identique appliquée dans les conditions illustr-ees p les figures 1 et 2 entrain une pénétration plus profonde dans le cas de la figure 2. Cependant, du fait que la matrice comprend une denture interne, les flancs de ses dents sont concaves ce qui a pour effet d'élargir considetrablement la bande de contact. Comme indiqué ci-dessus, l'invention est particulièrement adaptée à la finition de pignons droits cylindriques au moyen dtune matrice ayant des dents intérieures droites en acier traité à très haute résistance. Du fait que les deux dentures complémentaires sont droites, les axes du pignon et de la matrice sont théoriquement parallèles. Cependant, lrexpérience montre qu'il est préférable qu'on puisse procéder à un réglage angulaire de faible amplitude de l'un des aies pour pouvoir procéder à des corrections de conicité ou d'erreur de pas. A titre d'exemple, pour finir par roulage la denture d'un pignon droit de diamètre primitif de 65 mm, ayant 26 dents, module 2,5, angle de pression 22,50, on utilise généralement une matrice de roulage à denture intérieure droite ayant 80 dents. Bien entendu le procédé de l'invention permet également de finir par roulage les pignons hélicoSdaus dans des conditions optimales. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux éléments décrits ci-dessus, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de finition par roulage d'un pignon denté cylindrique, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à faire engainer sans jeu la denture du pignon avec les dents intérieures complémentaires d'une matrice en acier à haute dureté ayant un ase parallèle à celui du pignon, à entraîner directement en rotation l'un ou l'autre de ces deux éléments dentés de manière qu'il entrain l'autre éliment en raison de l'engrènement dea dentures complémentaires et à créer une pression élevée,de contact entre les dents des deux éléments, en dépla çant l'un de ceux-ci par rapport à l'autre sur une trajectoire perpendiculaire à leurs aies parallèles, de manière à refouler le métal des dents du pignon pour que celles-ei se conforment aux dents intérieures de la matrice en acier à haute dureté 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dents des deux éléments sont droites 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dents des deux éléments sont helicoidales. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le nombre des dents de la matrice d'une manière telle que le nombre de ces dents qui sont en contact avec celles du pignon soit toujours supérieur à 1. 5r Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le nombre des dents de la matrice qui sont en contact avec les dents du pignon est calculé de manière à être pratiquement toujours un entier.