Brevet FR2354486A1 — publié le 19780106

L'invention a pour objet un dispositif d'entrainement d'une couronne dentée de grand diamètre, par exemple une couronne d'entrainement de fours rotatifs, de trommel, de broyeurs, etc..0 Dans ces applications, en raison de ses dimensions, la couronne ne peut pas & re en acier noble traité et sa dureté est limitée en pratique à 200 à 250 HB. Dans ces conditions, la pression spécifique de hertz à l'engrènement que peuvent supporter les dents est assez faible et ne peut, en pratique, dépasser 40 à 50 k dmm2. Or, les techniciens savent que la durée de fonctionnement est sensiblement inversement proportionnelle à la puissance trois de la pression spécifique0 1l est donc important de diminuer la pression spécifique à l'engrènement de la couronne.L'invention a pour objet un dispositif permettant d'obtenir ce résultat. D'autre part, les couronnes de grande dimension sont souvent sujettes à des desalignementsO On a déjà proposé des dispositifs dtauto-alignement permettant de maintenir le pignon d'entrainement au contact de la couronne dentée0 Cependant, dans certains cas, de tels dispositifs sont trop onéreux pour l'application envisagée. Un autre objet de l'invention est un dispositif d'entrainement particulièrement simple et robuste permettant de suivre, dans une certaine mesure, les déformations de la couronne. Le dispositif conforme à l'invention comprend un pignon intermédiaire monté fou entre le pignon d'entrainement et la couronne et muni d'une denture extérieure ayant un diamètre supérieur à celui de la denture du pignon d' entrainement et engrènant simultanément avec les dentures du pignon d'entrainement et de la couronne. Selon une caractéristique préférentielle, le pignon intermédiaire et le pignon d'entrainement sont montés de telle sorte que les plans tangents à 1' engrènement de la denture du pignon intermédiaire, respectivement avec les dentures de la couronne et du pignon d'entrainement, soient sensiblement perpendiculaires. Dans un mode de réalisation préférentiel, le pignon intermédiaire est percé d'un alésage central dans lequel passe un arbre de support sur lequel le pignon est monté par l'intermédiaire d'une articulation à rotule dont le centre est placé dans le plan médian de la couronne. L'invention va maintenant cotre décrite, en se référant à plusieurs modes de réalisation particuliers, donnés seulement à titre d'exemple et représentés sur les dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif dt entraînement selon l'invention. La figure 2 est une vue du dispositif de la figure 1, en coupe par un plan médian de la couronne. La figure 3 est une vue en coupe développée selon les plans passant par les axes des engrenages. La figure 4 est une vue schématique d'une variante de l'invention. La figure 5 est une vue en coupe selon V-V, figure 4. On sait que la pression spécifique est fonction du rapport des diamètres des dentures engrenant ltune sur l'autre. Lorsque l'on entraîne une couronne de grand diamètre, généralement à petite vitesse mais sous un couple important, on cherche à obtenir le plus grand rapport de réduction possible, le pignon moteur étant lui-m8me entrainé par un réducteur primaire. De ce fait, on cherche à diminuer autant que possible le diamètre du pignon moteur, et en même temps on augmente la pression spécifique à l'engrènement0 L'invention consiste à utiliser un pignon intermédiaire de plus grand diamètre que le pignon d t entrai- nement de façon à diminuer la pression spécifique à l'engrènement sur la couronne dentée. On donnera, de Dreférence, au pignon intermédiaire de diamètre maximal compatible avec les caractéristiques réalisables, de façon à obtenir une diminution notable de la pression de Hertz sur la grande couronne et une bonne tenue à 1'engrènement du pignon d'entraînement sur le pignon intermédiaire0 Sur la figure 1, on a représenté schématiquement en perspective le dispositif selon l'invention et comprenant un pignon 1 d'entraînement d'une couronne dentée 2 de grand diamètre, et le pignon intermédiaire 3 dont la denture engrène simultanément avec les dentures du pignon 1 et de la couronne 2.Si D est le diamètre primitif de la couronne 2 et d le diamètre primitif du pignon 1, i est le rapport de réduction, L la largeur de la denture de la couronne 2, la pression de Hertz à l'engrènement est Si on donne au pignon intermédiaire 3 un diamètre Kd, on peut établir que la mme pression spécifique sera obtenue en donnant à la couronne 2 une largeur Ainsi, dans les fours sécheurs où i est souvent voisin de 10, si on prend K = 3, on obtient L' = 0,393 Lo Pour K = 2, on obtient Il = 0,54 L. Par conséquent, pour une mdme pression spécifique, en utilisant un pignon intermédiaire de diamètre triple du pignon d'entrainement, la largeur de la couronne nécessaire à la mise en rotation du four est environ 2,5 fois plus faible que la largeur de denture de la couronne qui serait nécessaire si celle ci était entrainée directement par le pignon d'entrainement. Cette réduction de la largeur de la couronne est évidemment très importante du point de vue économique étant donné les dimensions des couronnes habituellement utilisées. De la meme façon, pour une largeur de couronne donnée, et une pression spécifique acceptable, on peut grâce à l'invention réduire le diamètre du pignon d'entrainement et par conséquent augmenter le rapport de réduction. La pression de Hertz à l'engrènement du pignon intermédiaire 3 sur le pignon d'entrainement 1 est plus importante que celle du pignon 3 sur la couronne 2. mais les pièces en présence étant de petite dimension, on peut les réaliser en acier plus dur acceptant de plus grandes pressions spécifiques. D'autre part, on peut facilement élargir la denture des pignons 1 et 3. En effet, du fait que la denture du pignon 3 engrène simultanément sur la couronne 2 et le pignon 1, l'engrènement ne se fait pas sur le mdme flanc. Il est donc possible d'engrèner sur des dentures de largeurs différentes. En effet, l'usure due à lrengrènement du pignon 3 sur la couronne 2 n'influe pas sur les conditions d'engrènement des pignons 1 et 3. On remarquera que dans une telle disposition, la denture du pignon intermédiaire est utilisée sur ses deux flancs simultanément et que les charges sont correctement réparties. L'utilisation d'une denture intermédiaire se retrouve dans le brevet 2.218.002 déposé par la même société. Cependant, dans cette disposition, on utilisait en fait un réducteur comportant un anneau flottant dont la denture extérieure engrenait avec la couronne, la denture intérieure engrènant avec le pignon0 L'idée de départ d'un tel dispositif était de réduire la pression spéci fique en faisant engrener le pignon sur la denture intérieure d'une couronne intermédiaire, la pression spécifique étant encore diminuée du fait que les dentures avaient leur concavité tournée dans le même sens. D'autre part, on pouvait obtenir un certain effet de réduction en jouant sur le nombre de dents sur les dentures intérieure et extérieure. Cependant, il est clair qu'un tel système est relativement compliqué et la réalisation de dentures intérieures est assez difficile. D'autre part, il fallait également assurer le maintien axial de l'anneau intermédiaire. On voit par conséquent, que le système des efforts était complètement différent et en pratique, on était obligé de monter l'anneau intermédiaire sur un carter flottant permettant son alignement sur la denture de la couronne, Il n'était pas encore venu à l'idée des déposants qu'on pouvait utiliser dans le même but un simple pignon dont la denture engrènerait simultanément sur le pignon d'entrainement et sur la couronne. Il faut en effet, remarquer que ce pignon ne modifie en rien le rapport de réduction, et il ne vient donc pas facilement à l'idée d'utiliser un pignon qui, apparemment, n'a aucun rôles Il fallait encore penser à l'davantage essentiel obtenu par la réduction de la pression spécifique à l'engrènement. D'autre part1 le pignon intermédiaire étant entrainé uniquement par sa denture, et non par un accouplement sur son axe, il est possible de le monter sur un palier à rotule centré dans son plan médian. Lt autoalignement de la denture du pignon intermédiaire simultanément sur la denture de la couronne et sur celle du pignon d'entrainement, peut ainsi être obtenu grâce à des dispositifs très simples qui vont maintenant être décrits en se référant à deux modes de réalisation représentés, à titre d'exemple, sur les figures 2 et 30 Sur la figure 22 on a représenté schématiquement le pignon d'entrainement 1, la couronne dentée 2, et le pignon intermédiaire 3, la couronne 2 et le pignon d'entrainement 1 ont des axes fixes perpendiculaires au plan de la figure Le pignon 1 est monté sur un chassies 4 qui, comme on le voit sur la figure 3, porte les extrémités d'un axe 30 de support du pignon 3.Le pignon 3 est monté sur l'axe 30 par l'intermédiaire d'un palier à rotule 31 dont le centre 32 est placé dans le plan médian de la couronne 2. D'autre part, comme on le voit sur la figure 2, les plans passant par le centre 0 de la rotule et les axes 20 et 10 de la couronne et du pignon d'entrainement font entre eux un angle égal à 900 + 2 t , ' étant l'angle de pression des engrenages. Cette disposition spéciale permet d'assurer très simplement l'alignement du pignon intermédiaire 3 sur la couronne 2 et sur le pignon d'entrainement 1, comme on va le voir en se référant au schéma de la figure 1 On appelle P1 le plan tangent à l'engrènement des dentures du pignon 1 et du pignon 3. P2 le plan tangent à l'engrènement des dentures de la couronne 2 et du pignon 3. P3 le plan passant par l'axe du pignon 1 et le centre 0 de la rotule. le le plan passant par l'axe de la couronne 2 et le centre 0 de la rotule. On voit sur la figure que P1 et P2 font un angle 2 respectivement avec P3 et P4. Il en résulte que P1 et P2 sont perpendiculaires Si P3 et P4 font entre eux un angle de 900 + Au cours de la rotation de l'engrenage, les plans tangents à l'engrènement P1 et P2 se déplacent parallèlement à eux-mvemes et restent donc orthogonaux. Gracie à cette particularité, le montage sur rotule du pignon intermédiaire 3 permet d'assurer un auto-alignement de ce pignon simultanément sur les dentures du pignon 1 et de la couronne 2 en cas d'erreur de distorsion des dents de la couronne, c' est-à-dire de faux parallélisme d'une dent par rapport à une dent voisine, et en cas de défaut d'alignement des axes de rotation. En effet, le pignon 3 peut tourner autour de la flèche F2 parallèle au plan P2 sans détruire l'alignement du pignon 3 sur le pignon t étant donné que PI est perpendiculaire au plan P1. Ainsi, les flancs des dents du pignon 3 peuvent à tout moment venir au contact sur toute leur longueur sur les dents de la couronne 2 tout en restant alignés sur les dents de la couronne 2 tout en restant alignés sur les dents de 1. De la meme manière, une rotation autour de la flèche F1 parallèle au plan P1 et perpendiculaire au plan P2 et passant par l'axe de la rotule réalise l'auto-alignement des dents du pignon 3 sur le pignon 1, sans détruire l'alignement des dents de 3 sur les dents de 2. On obtient donc de façon très simple un auto-alignement du pignon d'entrainement qui permet d'absorber des erreurs de distorsion des dents, des défauts d'alignement des axes, et, sur les gros engrenages, des erreurs dues aux dilatations, déformations mécaniques, thermiques etc... 0../... Certes, on ne peut encaisser tous les défauts qui peuvent se produire dans l'engrènement, mais le dispositif selon l'invention a l'avantage d'entre très simple et par conséquent de pouvoir & re construit de façon très robuste. D'autre part, comme on l'a indiqué précédemment, le pignon intermédiaire présente l'avantage essentiel de diminuer la pression spécifique de l'engrènement. Un autre mode de réalisation est représenté sur les figures 4 et 5. Dans ce cas, le pignon 3 est encore monté sur un palier à rotule 31 dont le centre 0 est placé dans le plan médian de la couronne 2. L'axe 30 sur lequel est monté le palier à rotule 31 est porté à ses extrémités par un chassies fixe 40 Le pignon 3 est muni, de part et d'autre de la denture, de roulements 33 qui supportent un carter flottant 5 sur lequel est monté le pignon d'entrainement 1 par l'intermédiaire de deux paliers Il. Le pignon d'entrainement 1 est entraîné par son arbre 10 commandé par l'intermédiaire d1un joint de transmission flexible qui permet d'encaisser des oscillations du carter 5 autour du centre 0o Ainsi, le pignon 1 engrène toujours parfaitement avec la denture du pignon 3 puisqufil en suit les déplacements. En revanche, le pignon 3 peut s ' auto-aligner sur la denture de la couronne 2 en tournant autour du centre 0 de la rotule. La position relative des axes de rotation de la couronne 2 et des pignons 1 et 3 est sans importance contrairement aux dispo sitifs précédents. Mais le carter flottant 5 doit être relié à un point fixe, par exemple le châssis 4, par une biellette 6 articulée à ses extrémités, par exemple autour de deux rotules 60 et pouvant Btre rigide, élastique ou dynamométrique, Ainsi, à l'avantage de la réduction de la pression spécifique due à l'utilisation d'un pignon intermédiaire de diamètre plus élevé, s'ajoute un auto-alignement obtenu par des moyens simples et robustes. On notera que dans le dispositif qui a été décrit, chaque élément mécanique remplit une fonction propre. Ainsi l'axe 30 sert uniquement au support du pignon qui est fixe alors que la dentureservant à entrainer la couronne peut osciller autour du centre de la rotule. D'autre part, dans le deuxième mode de réalisation, les pignons 1 et 3 peuvent strie parfaitement alignés, et peuvent donc plus facilement supporter des pressions spécifiques élevées. )?ar ailleurs, on a vu que, pour une pression spécifique donnée, la couronne 2 pouvait avoir une largeur réduite. Dans ce cas, les pignons d'entrainement et intermédiaire ayant une largeur plus grande, il est possible d'assurer l'entrainement de la couronne dans de bonnes conditions même si celle-ci est soumise à un certain déplacement axial de part et d'autre du plan médian. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails des modes de réalisation qui ont été décrits, d'autres variantes variantes pouvant autre imaginées en appliquant les principes de l'invention et en utilisant des moyens équivalents. REVNDICAXIOliS 1.- Dispositif d'entrainement d'une couronne dentée de grand diamètre au moyen d'un pignon dtentrainement de diamètre très inférieur à celui de la couronne, caractérisé par le fait qu'il comprend un pignon intermédiaire monté fou entre le pignon d'entrainement et la couronne et muni d'une denture extérieure ayant un diamètre supérieur à celui de la denture du pignon d'entrainement et engrènant simultanément avec la denture du pignon d'entrainement et de la couronne. 2.- Dispositif d'entrainement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le pignon intermédiaire est percé d'un alésage central dans lequel nasse un arbre de support sur lequel le pignon est monté par l'intermédiaire d'un palier à rotule dont le centre est placé dans le plan médian de la couronne. 3o- Dispositif d'entrainement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le pignon intermédiaire et le pignon d'entrainement sont montés de telle sorte que les plans tangents à 1' gre'nement de la denture du pignon intermédiaire, respectivement avec les dentures de la couronne et du pignon d1entrainement, soient sensiblement perpendiculaires 4.- Dispositif d'entrainement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le pignon d'entrainement est monté dans un carter mobile qui s'appuie sur le pignon intermédiaire par l'intermédiaire de eux roulements centrés sur l'axe de l'alésage et interposés entre ledit carter et la périphérie du pignon intermédiaire, ledit carter étant relié à un point fixe. 5.- Dispositif d'entrainement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le pignon d'entrainement et le pignon intermédiaire ont une denture plus large que celle de la couronne.