Brevet FR2334458A1 — publié le 19770708

L'invention est relative, d'une part, à un procédé pour améliorer la résistance mécanique des pieds de dents de roues dentées, trempées et/ou soumises à un traitement thermique fin spécial, au moins en ce qui concerne les flancs de dents, dans lesquelles roues dentées les régions de raccordement entre les flancs de dents et les fonds de denture sont arrondies. L'invention est relative, d'autre part, à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Au cours des tentatives effectuées pour améliorer la résistance mécanique maximale admissible de roues dentées, notamment la résistance au roulement des flancs de dents, il s'est révélé avantageux d'améliorer la résistance mécanique des flancs de dents par trempe et/ou par des traitements thermiques fins. Pour cette trempe on utilise aussi bien la cémentation que la nitruration ainsi que la trempe à la flamme et par induction. Dans le cas de la cémentation il est en principe nécessaire de rectifier ensuite les flancs de dents pour éliminer les déformations produites au cours de la trempe. L'avantage essentiel des engrenages équipés de roues dentées fabriquées de cette ma nièce réside principalement dans un poids, à puissance égale, relativement faible ainsi que dans une réduction de prix de revient. Du fait que la résistance des flancs de dents, considérée jusqu'à présent comme critère de la résistance maximale admissible-de roues dentées a été ainsi considérablement augmentée, la limite de résistance mécanique admissible de roues dentées est conditionnée maintenant principalement par la résistance mécanique des pieds de dents, notamment dans le cas de roues dentées cémentées puis rectifiées. Il faut donc consacrer une attention relativement grande å la région de raccordement des flancs de dents avec les fonds de dentures ; des défauts du matériau, du traitement thermique ou de fabrication et/ou un effet d'entaille plus ou moins important au niveau du pied de dent, l'arrondi ainsi que la forme générale de entaille formée par rectification dans ladite région de raccordement jouent un r81e important. Pour augmenter la résistance maximale admissible des pieds de dents on a déåà proposé de tremper ou de soumettre à un traitement thermique la région de raccordement. D'autres propositions ont consisté à prévoir un module d'engrenage supérieur ou un angle d'attaque d'engrenage supérieur. On a déåà tenté aussi de donner de la résistance à la région de raccordement des pieds de dents par sablage à la grenaille d'acier. En outre on a utilisé une augmentation de l'obliquité des dents en direction de leurs parties d'extrémités. Pour obtenir un aspect fin avec une faible profondeur de rugosité et pour diminuer l'effet d'entaille, on a en outre rectifié ou poli suivant la direction longitudinale des dents la région arrondie de raccordement des flancs de dents avec les fonds de denture. Mais toutes ces dispositions, notamment dans le cas d'engrenages soumis à des contraintes très élevées se présentant sous forme de chocs, n'ont pas encore fourni de solution réellement satisfaisante. Les opérations d'usinage qui jusqu'à présent s'effectuent en principe suivant la direction longitudinale des dents, qu'il s'agisse de fraisage, de rabotage, de mortaisage ou de rectification, produisent toujours des rayures longitudinales, dans les régions de raccordement entre les flancs de dents et les fonds de denture, qui diminuent par conséquent considérablement la résistance mécanique des pieds de dents. Elles constituent des points de moindre résistance des roues dentées et déterminent donc la résistance maximale admissible de celles-ci. L'invention a donc pour but de fournir un procédé, aussi bien qu'un dispositif, qui permettent d'améliorer essentiellement la résistance mécanique des pieds dé dents de telles roues dentées qui présentent des régions de raccordement arrondies entre les flancs de dents et les fonds de denture et qui, tout au moins en ce qui concerne les flancs de dents, sont trempées et/ou soumises à un traitement thermique fin et aussi, éventuellement rectifie'es. En ce qui concerne le procédé, la solution proposée par l'invention est caractérisée en ce que l'aspect fin de ladite région de raccordement arrondie est produit par un usinage superficiel dirigé transversalement par rapport à l'étendue lon- gitudinale des dents. Indépendamment du fait qu'il stagisse de roues dentées droites ou de pignons coniques à dents rectilignes ou obliques, un usinage, dirigé transversalement par rapport â la direction longitudinale des dents, de la surface des régions de raccordement des flancs de dents avec les fonds de denture élimine les rayures longitudinales, constituant le point de départ de ruptu res,produites par les opérations effectuées préalablement de fraisage, de rabotage, de mortaisage ou de rectification. L'invention s'écarte par conséquent des pratiques usuelles jusqu'à présent dans la technique et propose un usinage des régions de raccordement entre flancs de dents et fonds de denture, d'un genre complètement nouveau.Les rayures d'usinage qui se produisent alors sont dirigées transversalement par rapport à la direction longitudinale des dents. Elles se trouvent donc dans le plan des directions d'action des forces sur les dents et ne sont plus perpendiculaires à ces directions. La sensibilité à l'effet d'entaille dans la région des pieds de dents est essentiellement réduite. Le procédé conforme à l'invention fournit donc aussi dans le cas des roues dentées cémentées et rectifiées les conditions pour que la résistance des pieds de dents soit adaptée à l'augmentation de résistance au roulement des flancs de dent et par conséquent permet d'augmenter considérablement la résistance maximale admissible de la roue dentée.La sollicitation admissibie des pieds de dents peut ainsi être considérablement accrue, ce qui se manifeste par une augmentation de la longévité, notamment des engrenages soumis à de fortes sollicitations se présentant sous forme de chocs. L'aspect fin de la surface, dans les régions de raccordement arrondies des dents peut maintenant présenter une profondeur de rugosité, qui selon le procédé d'usinage mis en oeuvre, peut Btre inférieure à quatre microns, par exemple peut être égale à 2 microns. Cette profondeur de rugosité peut être obtenue par des procédés connus, par exemple par grattage fin. Dans le cadre du procédé conforme à l'invention il est toutefois particulièrement avantageux que le procédé conforme à l'invention s'effectue par meulage et/ou par polissage. On peut alors obtenir la profondeur de rugosité désirée de la surface par un guidage oscillatoire de l'outil de meulage et/ou de polissage transversalement par rapport à la direction longitudinale des dents. L'outil est alors animé d'un mouvement de va-et-vient suivant la direction longitudinale de la région de raccordement, ce mouvement longitudinal se superposant au mouvement oscillatoire transversal. Le mouvement longitudinal présente, par rapport au mouvement oscillatoire de l'outil transversalement par rapport à la direction longitudinale des dents, une fréquence bien moindre.Selon une autre possibilité avantageuse, I'usi- nage superficiel conforme à l'invention consiste à utiliser des outils de meulage et/ou de polissage rotatifs. L'axe de rota tion de tels outils est alors avantageusement dirigé suivant la direction longitudinale de la région de raccordement à usiner. Il peut être incliné par rapport à la surface à usiner. Il faut alors veiller à ce que le déplacement nécessaire, suivant la direction longitudinale des dents, de l'axe de rotation de l'ou til d'usinage s'effectue à une vitesse essentiellement inférieure à la vitesse de rotation des outils, de manière à éliminer impeccablement les rayures longitudinales existant dans la région, sensible à l'effet d'entaille, de raccordement entre flanc de dent et fond de denture. Conformément à l'invention, les régions de raccordement arrondies d'une roue dentée, sont soumises successivement au procédé d'usinage conforme à l'invention. Mais on peut concevoir aussi un usinage dans lequel deux ou plus de deux régions de raccordement sont simultanément meulées et/ou polies transversalement. Selon la cônfiguration géométrique de la roue dentée à usiner on peut en outre aussi meuler et/ou polir simultanément deux régions de raccordement arrondies situées entre deux flancs de dents avoisinants. Dans le cadre du procédé conforme à l'invention on a déjà indiqué que outil d'usinage utilisé dans chaque cas considéré peut entre réalisé sous des configurations différentes. Par exemple on peut imaginer un outil de grattage fin qui soit mis en mouvement oscillatoire transversalement par rapport à la direc tion longitudinale de la région de raccordement.Mais un mode de réalisation préférentiel à cet égard d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention est caractéri sé en ce qu'il comporte au moins un outil d'usinage tournant, notamment un outil de meulage et/ou de polissage, dont l'axe de rotation peut être déplacé d'un mouvement de va-et-vient suivant la direction longitudinale de la région de raccordement arrondie et dont la position puisse être modifiée et fixée par rapport à la surface de la région de raccordement. L'invention prévoit un outil, tournant transversalement par rapport à la direction longitudinale des dents, dont la forme géométrique est adaptée-au contour de la région de rac cordement arrondie. On peut utiliser par exemple un outil en forme de doigt qui puisse être introduit sans difficultés dans les espaces interdentaires, avec son axe de rotation incliné par rapport à la direction longitudinale des dents, et qui puisse être animé d'un mouvement de va-et-vient dans ces espaces interdentaires. Ta possibilité de faire varier la position de l'axe de rotation par rapport à la surface de la région de raccordement est prévue afin de permettre d'usiner aussi des roues dentées de divers profils, comme c'est le cas par exemple pour les roues dentées à dentures obliques.L'immobilisation par serrage de la roue dentée à usiner peut s'effectuer horizontalement ou verticalement. Mais on peut imaginer.aussi une autre position d'usinage de la roue dentée. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le carter de palier de l'outil d'usinage est monté, à l'aide d'une articulation à la cardan, à l'extrémité libre d'un support susceptible d'être déplacé longitudinalement et transversalement, ainsi qu'en inclinaison, par rapport à l'axe longitudinal d'une dent. Grâce à cette disposition de l'outil d'usinage par rapport au support et/ou grâce à la possiblité de réglage du support lui-mme, l'outil d'usinage peut être adapté sans difficulté et rapidement aux caractéristiques de la roue dentée conditionnées par la grandeur et par la forme de celle-ci. Dans ces conditions le dispositif conforme à l'invention convient non seulement à une fabrication en série rationnelle mais encore à l'usinage économique de roues dentées spéciales, pour des engrenages spéciaux. La rotation ainsi que les divers mouvements de l'outil d'usinage peuvent être commandés et assurés à l'aide de moteurs d'entraSnement et de dispositifs de transmission électriques. Mais on peut concevoir aussi des dispositifs mécaniques de réglage pour régler la position désirée de l'outil d'usinage par rapport à la surface de la région de raccordement. A cet égard un mode de réalisation préférentiel de l'invention est caractérisé en ce que le support comprend un ensemble à cylindre et piston actionné par voie pneumatique ou hydraulique. Cet ensemble à cylindre et piston sert à déplacer l'outil d'usinage suivant la direction longitudinale de la région de raccordement arrondie. Le bSti du cylindre est avantageusement monté à l'aide d'une suspension à la cardan et par conséquent son axe longitudinal peut être réglé avec une grande liberté. Au bâti du cylindre peut être associé un prolongateur. A l'extrémité de la tige de piston le carter de palier de l'outil d'usinage peut également être fixé, d'une manière réglable, à l'aide d'une articulation à la cardan. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'outil d'usinage peut être appliqué avec pression, au moins indirectement élastiquement, contre la région de raccordement arrondie. A cet effet on peut prévoir une combinaison de ressorts en éventail, dans laquelle un ressort de traction central tire le bâti de cylindre de l'ensemble à cylindre et piston vers la roue dentée autour du point d'articulation à la cardan du bâti et, au contraire, deux ressorts de traction disposés latéralement par rapport au ressort de traction central tendent à tirer le bâti de cylindre vers les flancs de dents. Après réglage préalable de l'outil d'usinage selon la forme de profil de la roue dentée, les ressorts de traction assument la fonction de maintenir l'outil d'usinage dans la région de raccordement, ceci avec la force d'application avec pression appropriée. Afin que l'outil d'usinage puisse être adapté sans diffi culté aux diverses formes et dimensions de roues dentées à usiner, par exemple à des dentures obliques ou à des pignons coniques, il est recommandé, conformément à l'invention, que le support soit disposé par rapport à la région de raccordement arrondie, d'une manière permettant son réglage et son immobilisation. Le support, notamment l'ensemble à cylindre et piston qui lui est associé, peut alors à l'aide de son articulation à la cardan aussi bien être déplacé le long du pourtour de la roue dentée à usiner quatre rapproché ou écarté de la roue dentée. A cet égard il peut être avantageux que la position du support par rapport à la région de raccordement arrondie puisse être commandée à l'aide d'un ensemble à cylindre et piston actionné par voie pneumatique ou hydraulique. Mais on peut encore imaginer des dispositifs de réglage électriques ou mécaniques. En vue d'augmenter encore la rentabilité du dispositif, il peut être avantageux, conformément à l'invention, de disposer deux ou plus de deux outils d'usinage répartis tout autour de la roue dentée. On peut, dans le cadre de l'invention, prévoir que les diverses opérations d'usinage, aussi bien que le réglage du support ou de l'outil d'usinage, sur la région de raccordement à usiner soient effectuées aussi bien manuellement qu'automatiquement. Dans le cas d'un réglage automatique, des dispositifs mécaniques réalisés d'une manière appropriée ont pour rôle d'approcher ou d'écarter de la roue dentée l'outil ou les outils d'usinage selon les diverses exigences qui peuvent se poser. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins anne- xés, dans lesquels : - la figure I représente schématiquement, en perspective, une roue dentée droite à denture rectiligne, en coupe partielle, un dispositif de meulage ainsi qu'un dispositif d'arrêt et un dispositif diviseur, - la figure 2 est une vue en plan, de dessus, du dispositif de la figure 7 - la figure 3 est une vue latérale du dispositif de meulage dans diverses positions d'usinage ainsi que la roue dentée droite des figures 1 et 2 représentée en coupe verticale ; et - la figure 4 est une vue en élévation d'une roue dentée droite à denture oblique et d'un dispositif de meulage selon la figure 1, disposé dans la position correspondante. La roue dentée droite à denture rectiligne 1 des figures 1 à 3 est fixée sur un arbre vertical 2 qui, pour ne pas compliquer la lisibilité d'ensemble du dessin, n1a été représenté que schématiquement. L'arbre ? monté dans des paliers d'un bâti de machine 3, qui n'a été représenté que partiellement, peut tourner d'une manière continue ou discontinue autour de son axe longitudinal central sous l'action d'un mécanisme, réalisé d'une manière appropriée, qui n'a pas été représenté ici. En outre l'arbre 2 peut être déplacé suivant le plan horizontal, perpendiculairement par rapport à son axe longitudinal central. Sur le bâti de machine 3 sont disposés en outre un dispositif diviseur 4 et un dispositif d'arrêt 5. Ces dispositifs sont représentés sur les figures 1 et 2 par des ensembles à cylindre et piston. L'organe de pression 6, mobile d'un mouvement de va-et-vient suivant la direction de la double flèche X du dispositif diviseur 4 permet de faire tourner pas à pas la roue dentée 1 autour de son axe longitudinal central. Les embouts de centrage 7, mobiles d'un mouvement de va-et-vient suivant la direction de la double flèche Y, du dispositif d'arrêt 5 assurent de leur côté l'immobilisation de la roue dentée, après la manoeuvre du dispositif diviseur 4, pendant l'opération d'usinage qui suit. Comme on le voit plus particulièrement sur les figures 1 et 3, sur le bâti de machine 3 est disposé en outre un support réglable 8. Ce support comporte un ensemble à cylindre et piston 9 qui est monté à la cardan à une extrémité du carter de cylindre 10. Cette articulation à la cardan Il peut être déplacée et immobilisée, sur des glissières correspondantes 12 et 13 du bâti de machine 3, qui permettent des déplacements suivant le pourtour de la roue dentée 1 et radialement par rapport à celle-ci, Le carter de cylindre 10 de ensemble à cylindre et piston 9 est entouré, également selon une articulation à la cardan, par la partie d'extrémité 14, réalisée de manière correspondante, de la tige de piston 15 d'un autre ensemble à cylindre et piston 16 disposé à peu près perpendiculairement à l'ensemble à cylindre et piston 9. A l'aide de cet ensemble à cylindre et piston horizontal 16 on peut faire pivoter l'ensemble à cylindre et piston vertical 9, dans la direction de la double flèche Z pour le rapprocher ou l'éloigner de la roue dentée 1. Le carter de cylindre 17 de l'ensemble à cylindre et piston horizontal 16 est articulé au bâti de machine 3. Entre l'extrémité supérieure du carter de cylindre 10 de l'ensemble à cylindre et piston vertical 9 et des moyens de fixation appropriés 18 prévus sur le bâti de machine, sont montés trois ressorts de traction disposés en éventail, avec des décalages d'environ 450, qui maintiennent l'ensemble à cylindre et piston 9 dans une position centrale réglable, parallèlement à la direction longitudinale des dents, c'est-à-dire parallèlement à l'axe longitudinal central de la roue dentée 1 (figure1). A l'extrémité libre 22 d la tige de piston 24, soutenue latéralement par une tige de guidage 23 et mobile d'un mouvement de va-etvient, est fixé, par l'intermédiaire d'une articulation à la cardan, le carter de palier 25 d'un outil de meulage rotatif, en forme de doigt, 26. L'axe de rotation 27 de l'outil de meulage 26 s'étend en direction des dents 28, mais avec une certaine inclinaison par rapport à l'axe longitudinal central de la roue dentée 1. L'extrémité libre de l'outil de meulage se trouve au fond 29 de l'espace interdentaire, dans la région de raccordement 30 entre les flancs de dents 31 et les fonds de denture 29.En actionnant d'une manière appropriée l'ensemble à cylindre et piston vertical 9, on anime d'un mouvement de va-etvient, suivant la direction longitudinale des dents, l'outil d'usinage rotatif 26, ce qui permet d'obtenir un usinage uniforme de la région de raccordement arrondie, perpendiculairement à la direction longitudinale des dents. Sur la fulgure 2 est illustrée en outre la possibilité d'usiner la roue dentée 1 à l'aide de plus d'un outil. On a, à titre d'exemple, représenté trois outils de meulage 26 qui travaillent simultanément. Chaque outil d'usinage est fixé à l'extrémité d'un support 8 tel que celui représenté sur les figures 1 et 3. La figure 3 montre le dispositif de meulage de la figure 1 dans deux positionsde travail au cours de usinage de la roue dentée 1. En trait plein on a représenté la position du dispositif à l'extrémité inférieure d'un espace interdentaire, tandis qu'on a représenté en trait interrompu la position du dispositif à l'extrémité supérieure de cet espace. D'autre part on a repré- senté en trait interrompu une position dans laquelle l'outil d'usinage 26 a été écarté de la roue dentée 1 à l'aide de lssen- semble à cylindre et piston 16 à l'encontre de la force de rappel des ressorts de traction 19, 20 et 21. La figure 4 montre l'usinage d'une roue dentée droite à denture oblique 32. A cet effet l'articulation à la cardan Il a été déplacée dans les glissières 12 (figure 1) du bâti de machine 3 pour être adaptà la direction oblique des dents 33. En raison de la forme géométrique de ces dents 33 il faut en outre, au cours du déplacement de l'outil d'usinage 26 le long des dents 33, modifier la position de travail de l'outil 26. Les ressorts de traction 19 et 21 maintiennent alors l'ensemble à cylindre et piston 9, en position centrale,en contact avec la région à usiner. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, rinvention ne se limite nuBement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer la résistance mécanique des pieds de dents de roues dentées, trempées et/ou soumises à un traitement thermique fin spécial, au moins en ce qui concerne les flancs de dents, dans lesquelles roues dentées les régions de raccordement entre les flancs de dents et les fonds de denture sont arrondies, lequel procédé est caractérisé en ce que l'aspect fin de ladite région de raccordement arrondie (30) est produit par un usinage superficiel dirigé transversalement par rapport à l'étendue longitudinale des dents (28, 33). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'usinage superficiel s'effectue par meulage et/ou par polissage. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un outil d'usinage, notamment de meulage et/ou de polissage, rotatif (26) dont l'axe de rotation (27) peut être animé d'un mouvement de va-et-vient suivant la direction longitudinale de la région de raccordement arrondie, et dont la direction peut être modifiée et fixée par rapport à la surface de cette région. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le carter de palier (25) de l'outil d'usinage (26) est monté, à l'aide d'une articulation à la cardan, à l'extrémité libre d'un support (8) susceptible d'être déplacé longitudinalement et transversalement, ainsi qu'en inclinaison, par rapport à l'axe longitudinal d'une dent (28, 33). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support (8) comprend un ensemble à cylindre et piston (9) actionné par voie pneumatique ou hydraulique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'outil d'usinage (26) peut Qtre appliqué avec pression, au moins indirectement élastiquement (par exemple ressorts 19, 20, 21), contre la région de raccordement arrondie (30). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le support (8) est disposé par rapport à la région de raccordement arrondie (30), d'une manière permettant son réglage et son immobilisation. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4, 5 et 7, caractérisé en ce que la position du support (8) par rapport à la région de raccordement arrondie (30) peut être commandée à l'aide d'un ensemble à cylindre et piston actionné par voie pneumatique ou hydraulique (16). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu deux ou plus de deux outils d'usinage (26) répartis tout autour de la roue dentée.