Brevet FR2429936A1 — publié le 19800125

On sait qu'il est souvent nécessnSre de réaliser des aoto-réducteurs ayant un encombrenent réduit et permettant néanmoins d'obtenir un grand rapport de réduction. Par ailleurs, pour qui un mame moto-réducteur puisse, avec un carter prédétermine, entre fixé sur des organes de fixation appropriés sans que le positionnement des organes de fixation influe sur le positionnement de l'axe de sortie, il est souhaitable de disposer l'axe de sortie dans le prolongement de l'axe d'entrée du réducteur. On a de proposé des dispositifs comportant un pignon central, un porte-satellites et une couronne périphérique mais ces dispositif8 ne permettent pas d'atteindre les grands rapports de réduction, que l'on souhaite en raison du fait que le pignon central doit nécessairement avoir un minimum de dents, généralement dix ou douze. On a également proposé des dispositifs comportant une vis hélicoidale et une roue tangente mais, dans ce cas, l'en- cambrement est relativement important et l'axe de sortie est décalé par rapport 9 l'axe d'entrée du réducteur. La présente invention a pour but de décrire un dispositif d'engrenage, qui permet d'obtenir un fort rapport de réduction ou de multiplication sous un faible encombrement en conservant un axe de sortie coaxial avec l'axe d'entrée. Pour ce faire, selon l'invention, on propose de réaliser un dispositif d'engrenage à satellites dont le pignon central est remplacé par une vis hélicoïdale ; la vis hélicoïdale, si elle comporte n filets, constitue l'équivalent d'un pignon à n dents de sorte que si l'on prend une vis & un filet, on obtient l'équivalent d'un engrenage d satellites de type classique, dont le pignon central aurait une seule dent.On conçoit que l'on peut ainsi obtenir de très grands rapports entre les vitesses de rotation de l'axe d'entrée et de l'axe de sortie. Le dispositif d'engrenage selon l'invention peut être réversible si l'angle d'inclinaison du filet hélicotdal de la vis par rapport à l'axe de ladite vis est choisi de façon appropriée, par exemple dans la gamme allant de 45 0 à 80 . Si l'on désire que le dispositif d'engrenage selon l'invention travaille en réducteur, l'arbre d'entrée est celui qui porte la vis helicordale, l'arbre de sortie étant alors entraidé soit par le porte-satellites, soit par la couronne extérieure de l'engrenage. La présente invention a donc pour objet le produit industriel nouveau que constitue un dispositif d'engrenage comportant un élément d'entrée et un élément de sortie ayant des mouvements rotatifs à vitesses angulaires différentes ainsi qu'un élément fixe coopérant avec l'un au moins des deux éléments préce- dents, l'un des trois éléments du dispositif coopérant sisultané- ment avec les deux autres au moyen d'au moins un satellite et constituant un porte-satellites, caractérisé par le fait que chaque satellite du porte-satellites est un pignon à denture hélicoïdale, dont les dents forment un angle 1 avec l'axe du satellite, chaque satellite coopérant, dans la zone centrale du dispositif, avec une vis hélicordale dont les filets sont inclinés d'un angle par rapport à l'axe de la vis et, dans la zone periphéri- que du dispositif, avec une couronne qui constitue une roue d'engrenage dont les dents sont inclinées d'un angle &gamma; par rapport à l'axe de la couronne > étant égal à d- 2 &beta; ou # (d- 2 > ), l'axe de la couronne et l'axe de la vis associés à chaque satellite étant confondu, l'axe de chacun des satellites formant un angle e avec l'axe de la vis, # étant égal à &beta; à &beta; + &gamma; ou /2 6 ou à àI2 - ayant des valeurs comprises entre O et 90 . Dans le dispositif selon l'invention, la dent du satellite qui est en contact avec la vis est orientée selon l'angle d'inclinaison des filets de la vis et la dent de l'engrenage qui est en contact avec la couronne est orientée selon l'angle dtincl- nuaison de la denture de la couronne. En raison de la présence des satellites à dentures hélicoïdales, il se produit dans le dispositif d'engrenage selon l'invention des réactions radiales et axiales. Les réactions radiales pewent être évitées par une répar- tition angulaire judicieuse des satellites ; on peut par exemple utiliser trois satellites régulièrement répartis entre la vis et la couronne.Pour s s'opposer aux réactions asialies, on peut prévoir des butées à billes ou des épaulements encaissant les réactions longitudinales auxquelles sont soumis les éléments de l'engrenage. Cependult, dans une variante préférée de l'invention, on peut prévoir d'utiliser deux satellites coopérant chacun avec deux parties de vis tangente, dont les pas sont égaux et de sens contraire, les deux satellites étant disposés symétriquement par rapport au centre de strie des deux parties filetées de pas inverses. Dans ce cas, il ne se produit pratiquement plus aucune réaction longi- tudinale ou radiale ce qui permet d'éviter de prévoir des butées et de réduire, en conséquence, le prix de revient du dispositif selon 1 'invention. Dans un mode préféré de réalisation, le porte-satellites colporte au moins deux satellites ; le dispositif d'engrenage comporte un arbre central portant autant de vis hélicordales de pas égaux qu'il y a de satellites ; on préfère que le porte-satellites comporte deux satellites ; dans une première variante, les filets des deux vis associées aux deux satellites du dispositif sont de même sens ; dans une deuxième variante, les filets des deux vis associées aux deux satellites du dispositif sont de sens contraires ; on peut avantageusement prévoir de choisir les angles &alpha; et &beta; de façon que l'angle soit nul : dans ce cas, la denture portée par la couronne du dispositif est une denture droite, ce qui permet de prévoir la fabrication de la couronne par moulage dans le cas des engrenages destinés à la tran=ission de faible puissance, le moulage étant beaucoup plus économique que la taille d'un engrenage hélicordal ; dans le cas où le dispositif comporte deux satellites, le porte-satellites est avantageusement un cylindre portant deux chapes où tourillonnent les deux satellites, les axes de tourillonnement faisant le mOrne angle e avec l'axe du cylindre et étant symétriques par rapport à un point de l'axe du cylindre ; le cylindre constituant le porte-satellites est supporte à ses extrémités par des paliers ; les dentures des satellites, de la couronne et de la vis sont réalisées de façon a être compatibles entre elles pour un bon engrènement et, de prEférence, sont au même module de denture ; les dentures des satellites ont une forme "bateau", dans laquelle le profil d'une dent le long de sa ligne longitudinale moyenne est sensiblement un arc de cercle de grand rayon : de la sorte, on évite les accrochages de denture aux extrémités des dents des satellites ; le profil longitudinal d'une dent de satellite présente avantageusement une légère ddpres- sion dans la zone centrale de sa ligne longitudinale moyenne de façon à aMéliorer le contact de la dent avec la vis avec laquelle elle coopère. Dans une première variante du dispositif selon l'inventison, l'élément fixe est la couronne, l'élément d'entrée du mouvement est la vis hélicotdale et l'élément de sortie du mouvement est le porte-satellites. Dans ce cas, la couronne à denture inté- rieure est solidaire du carter du réducteur ou constitue lesca- ter. Le rapport de réduction K est : K = N/n + 1, formule dans la- quelle N est le nombre de dents de la couronne et n le noobre de filets de la vis. Si n = 1, on voit que le rapport de rttuction est égal à N + 1. Dans une autre j riante de réalisation du dispositif selon l'invention, l'élément fixe est le porte-satellites, l'élélent d'entrée du mouvement est la vis hélicotdale et l'élément de sortie du mouvement est la couronne. Dans ce cas, le rapport de réduction R est égal à N/n, N et n ayant les significations cidessus indiquées. Si la vis est à un seul filet, le rapport de réduction est donc égal à On voit donc que le dispositif d'engrenage selon l'in- vention permet d'atteindre des rapports de réduction très importants sans que le dispositif soit encombrant ; en outre, l'entrée et la sortie du mouvement sont coaxiales. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente une coupe longitudinale schéma- tique d'un réducteur selon l'invention comportant une vis hélicordiale à un filet, un seul satellite (le porte-satellites. n'ayant pas été représenté) et une couronne à denture hélicoidale - la figure 2 représente une vue selon Il-Il de la figure 1 ;; - la figure 3 représente le positionnement relatif du satellite de la figure I par rapport à la vis hélicotdale vue en plan perpendiculairement aux axes de la vis et du satellite - la figure 4 représente schématiquement une vis héli cordiale d'un autre dispositif selon l'invention comportant deux tronçons de pas égaux et de même sens et coopérant avec deux satellites, la couronne correspondante n 'ayant pas été représentée - la figure 5 représente schématiquement en plan la vis et les deux satellites de la figure 4, cette vue étant représentée perpendiculairement aux axes des deux satellites et de la vis hélicoSdale - la figure 6 représente un troisième dispositif d'engrenage selon l'invention comportant deux satellites qui coopèrent chacun avec un tronçon de vis hélicotdale, les deux vis ayant des pas égaux et de sens contraires, la couronne comportant une denture droite et constituant l'élément fixe de l'engrenage ; - la figure 7 représente une coupe transversale selon Vil-Vil de la figure 6 ;; - la figure 8 représente schématiquement en plan le positionnement des deux satellites du dispositif de la figure 6 par rapport à la vis, cette vue étant représentée perpendiculai remuent aux axes des satellites et de la vis - la figure 9 représente en détail une denture d'un satellite du dispositif de la figure 6, cette vue étant représentée perpendiculairement à la ligne moyenne de l'une des dents du satellite. En se référant aux figures 1 à 3, on voit que l'on a désigné par 1 l'arbre qui constitue l'élément d'entrée du mouvement dans l'engrenage selon l'invention. L'arbre 1 porte une vis hélicoidale 2 à un filet, qui coopère avec un pignon à denture hélicoiRdale 3 constituant un satellite. La dent du pignon 3, qui engrène avec la vis 2 est, bien entendu, disposée parallèlement au filet de la vis, ce qui est particulièrement visible sur la figure 3 où la dent engrenant sur la vis est représentée en pointillé et définit la direction 4. Le satellite 3 comporte une denture héli cotidale dont les dents font un angle 4 avec l'axe 5 du satellite. On a désigné par e l'angle formé par l'axe de la vis 2 et l'axe 5 du satellite. Le satellite 3 engrène, du cté de sa denture qui est oppose à la vis 2, avec une couronne 6 portant intérieure- ment une denture hélicoidale ; les dents 7 de la couronne 6 font avec l'axe de la couronne un anglet et la dent du satellite 3 qui engrène avec la denture de la couronne 6 est parallèle à la denture de ladite couronne 6 dans la zone d'engrènement. De la sorte, sur la figure 3, la dent du pignon 3, qui est diamétralement opposée à celle représentée en pointillé et qui coopère avec la vis 2, définit la direction 8 de la dent de la couronne qui engrène avec le pignon 3.Avec ia disposition qui est représentée sur la figure 3, on voit que l'on a les relations : = - 2&beta; et e = ss &alpha; étant l'angle existant entre le filet de la vis 2 et l'axe de ladite vits. Sur la figure 3, on a disposé l'axe 5 du pignon 3 selon l'une des bissectrices de l'angle constitué par les directions 4 et 8 mais il est clair qu'on aurait pu disposer cet axe selon l'autre bissectrice sans que le fonctionnement du système en ait été perturbé. Le dispositif de principe représenté sur les figures 1 à 3 ne fait pas figurer de porte-satellites, ledit portesatellites ayant simplement pour objet de maintenir mEcaniquanent l'axe 5 du satellite 3.Dans un tel dispositif, on peut faire en sorte que l'%ldment de sortie du mouvement soit ou bien le - porte-satellites ou bien la couronne 6, celui de ces deux éléments qui ne constitue pas l'élément de sortie étant fixe par rapport au carter de l'engrenage. Sur les figures 4 et 5, on a représenté schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif d'engrenage selon l'invention. Dans ce cas, on a choisi les angles &alpha; et &beta; de façon que l'angle &alpha; soit nul. L'axe Il porte deux vis hélicoSdales 12a, 12b à on seul filet, ces deux vis ayant des pas égaux et de mâne sens. Chacune de ces deux vis coopère avec un satellite 13a, 13b respectivement. Les deux satellites portent des dentures héli colRdales, les dents faisant avec l'axe le méme angle &beta;.Les axes des satellites 13a, 13b ont été désignés par l5a, 15b respectivement et sont portés par un porte-satellites non représenté. Les zones de contact des satellites lima, 13b avec leur vis 12a, 12b associées sont situés sensiblement dans le même plan axial de l'arbre 11, du mène coté de l'axe dudit arbre. Les axes 15, 15b sont perpendiculaires et l'axe 15a fait avec l'axe de l'arbre Il un angle &beta;. I1 résulte de cette disposition que, dans ce cas particulier, la dent des satellites 13a, 13b, qui est à l'opposé de celle qui engrène respectivement avec les vis 12a, 17b se trouve parallèle à l'axe de l'arbre 11. On peut donc prévoir de faire engrener les deux satellites 13a et 13b, qui ont le mène diamètre, avec une couronne du type de la couronne 6 dans la réalisation de la figure 1, cette couronne comportant une denture droite dont les dents sont parallèles à l'axe de l'arbre 11. Ce type de réa- lisation est particulièrement intéressant en raison du fait qu'il permet de réaliser la couronne 6 par moulage, ce qui évite une taille d'engrenage toujours relativement onéreuse. Sur les figures 4 et 5 qui sont purement schématiques, on n'a pas représenté le porte-satellite mais il est clair que celui-ci doit simplement avoir pour rôle le soutien des axes 15a et 15b. O-te-tenu des réactions radiales dans un tel dispositif, il est nécessaire de prévoir des paliers de soutien pour les différents éléments de l'engrenage. Sur les figures 6 à 9, on a représenté un mode de réalisation complet d'un dispositif d'engrenage selon l'invention. Ce dispositif est utilisé cornue réducteur sur l'arbre de sortie d'un moteur de petite puissance désigné par 20 dans son ensemble. L'arbre 21 du moteur 20 constitue donc l'élément d'entrée du mouvement du dispositif d'engrenage selon l'invention. L'arbre 21 est supporté par des paliers 19 disposés de part et d'autre des bobinages du rotor du moteur 20 et il porte à son extrémité. qui est à l'extérieur du carter du moteur 20, deux tronçons de vis héli cotidales 22a, 22b. Les vis 22a > 22b ont des pas égaux mais de sens inverse ; elles comportent chacune un seul filet.Sur les vis 22a, 22b engrènent respectivement des satellites 23a, 23b dont les axes ont été désignés respectivement par 25a, 25b. Les axes 25a, 25 sont soutenus de part et d'autre des satellites 23a, 23b par des paliers de tourillonnement ménagés dans des chapes solidaires d'un porte-satellites désigné par 24 dans son ensemble. Le portesatellite 24 est un cylindre, qui est supporté à une de ses extr- mités par un palier de tourillonnement 24a ; à son autre extrémité, le porte-satellites 24 est solidaire d'un arbre 30 qui constitue l'arbre de sortie du réducteur. Les chapes qui portent les axes 25a et 25b sont constituées charme de deux oreilles parallèles 33 disposées en relief sur le cylindre 24 du portesatellites.Les deux chapes sont disposées symétriquement par rapport à un point de l'axe du cylindre 24. L'arbre 30 est soutenu par un palier de tosillonnement 31 solidaire du carter 32 du réducteur. Le carter 32 du réducteur est solidaire du carter du moteur 20 et au droit des satellites 23a, 23b > il constitue une couronne 26 comportant intérieurement une denture droite, dont les dents ont été désignées par 27 sur le dessin. Les axes 25a et 25b des deux satellites sont parallèles et symétriques par rapport au point de l'axe de l'arbre 21, qui se trowe dans le plan de symé- trie des deux tronçons de vis 22a et 22b.Comme il a déjà été indiqué pour les modes de réalisation précédemment décrits, les dents des satellites à denture hélicoidale 23a et 23b sont sensiblement parallèles au filet de leur vis associée dans les sones de contact entre lesdites vis et lesdits satellites.L'angle d'in clinaison B des dentures des deux satellites 23a, 23b par rapport à leur axe est de 400 ; l'angle entre l'axe de l'arbre 21 et les axes 25a, 25b est de 400 également. Il en résulte que les dents des satellites 23a, 23b qui se trouvent à l'opposé des zones de contact avec les vis 22a, 22b sont parallèles à l'axe de l'arbre 21 et peuvent, en conséquence, engrener avec les dents 27 de la denture droitetportée par la couronne 26. Dans le dispositif qui vient entre JLcrit, la couronne 26 est fixe et l'élément de sortie du mouvement est 7.e porte-satellites 24. Les vis 22a, 22b sont d un seul filet et dans ces conditions le rapport de réduction est égal à N + 1 N étant le noire de dents de la couronne 26. Pour assurer un bon engrènement, on choisit pour les satellites, la couronne et les vis, des dentures ayant un module cotrun pris égal à 1. L'angle d'inclinai- son des filets des vis 22a, 22b par rapport à leur axe est de 90 46' ; le diamètre du primitif des vis est de 5,895 pm et le pas est de 3,188 a.Le diamètre du primitif des satellites est de 23,5 s ; le module est égal à 1 ; chaque satellite comporte 18 dents. L'lm des satellites a un pas à gauche, l'autre un pas à droite. Le diamètre du primitif de la couronne est de 53 a ; le adule est égal à 1 ; la couronne comporte 53 dents. Le rapport de réduction est de 1/54 ; le rendement de transmission est supérieur à 0,7 pour un couple transmis de 200 cm x kg. Sur la figure 9, on a représenté en détail la forme que lJon peut avantageusement adopter- pour les dentures bélicordales des satellites 23, 23b. La figure 9 représente une vue perpendiculaire à la ligne moyenne de l'une des dents d'un satellite. On fait en sorte que les dents aient une forme "bateau" c'est-k-dire soient abaissées de part et d'autre de leur zone centrale afin d'éviter les accrochages des bordures de dents au cours du fonc tionnement. Le profil le long de la ligne moyenne longitudinale de la dent a donc sensiblement la forme d'un arc de cercle de grand rayon mais la zone centrale de cette ligne moyenne présente une dépression 34 qui permet d'améliorer le contact entre la denture des satellites et la vis avec laquelle ils coupèrent. On constate que, dans tous les cas, le dispositif d'engrenage selon l'invention permet d'obtenir de forts rapports de réduction avec un engrenage de faible encombresent, dont la sortie est coaxiale à l'entrée. Dans le cas de la réalisation des figures 6 à 9, on évite, en outre, les réactions axiales et radiales en cour. de fonctionnement de sorte que le rendement du dispositif selon l'invention est particulièrement satisfaisant. En outre, principalement lorsque l'on fait en sorte que la couronne puisse avoir une denture droite, il faut noter que la réalisation du dispositif d'engrenage selon l'invention est d'un prix de revient relativement réduit. I1 est bien entendu que les modes de réalisation ci-dessus décrits ne sont aucun-ant limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'engrenage comportant un élément d'entrée et un élément de sortie ayant des mouvements rotatifs à vitesses angulaires différentes ainsi qu'un élément fixe coopérant avec l'un au moins des deux éléments précédents, l'un des trois éléments du dispositif coopérant simultanément avec les deux autres au moyen d'au moins un satellite et constituant un porte-satellites, caractérisé par le fait que chaque satellite du porte-satellite est un pignon à denture hélicoidale, dont les dents forment un angle avec l'axe du satellite, chaque satellite coopérant, dans sa zone centrale du dispositif, avec une vis hélicoidale dont les filets sont inclinés d'un angle i par rapport à l'axe de la vis et; dans la zone périphérique du dispositif, avec une couronne qui constitue une roue d'engrenage dont les dents sont inclinées d'un angle &gamma; par rapport à l'axe de la couronne, d étant égal à o - 2 4 ou B ~ 28), l'axe de la couronne et l'axe de la vis associés à chaque satellite étant confondus, l'axe de chacun des satellites formant un angle e avec l'axe de la vis, e étant égal à &beta; + &gamma; ou b/2 - ( +6), &alpha; et P ayant des valeurs comprises entre O et 900 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le porte-satellites comporte au moins deux satellites. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un arbre central portant autant de vis hélicotdales de pas égaux qu'il y a de satellites. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il comporte deux satellites. 5 - Dispositif selon les revendications 3 et 4 prises si multaiment, caractérisé par le fait que les filets des deux vis associées aux deux satellites du dispositif sont de même sens. 6 - Dispositif selon les revendications 3 et 4 prises simultanément, caractérisé par le fait que les filets des deux vis associées aux deux satellites du dispositif sont de sens contraire. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les valeurs des angles d et t sont choisies de façon que l'angle Y soit nul. 8 - Dispositif selon les revendications 4 et 6 prises simultanément, caractérisé par le fait que le porte-satellites est un cylindre comportant deux chapes où tourillonnent les deux satellites, les axes de tourillonnement faisant le même angle e avec l'axe du cylindre et étant symétrique par rapport à un point de l'axe du cylindre. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le cylindre constituant le porte-satellites est supporté à ses extrémités par des paliers. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, ca caractérisé par le fait que les dentures des satellites, de la couronne et de la vis sont réalisées de façon à être compatibles entre elles pour un bon engrènerent, et de préférence, sont au iène nodule de denture. 11 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les dentures des satellites ont une forme "bateau" dans laquelle le profil d 'une dent le long de sa ligne longitudinale doyenne est sensiblement un arc de cercle de grand rayon. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à Il, caractérisé par le fait que le profil longitudinal d'une dent de satellite présente une légère dépression dans la zone centrale de sa ligne longitudinale moyenne, de façon à améliorer le contact de la dent avec la vis avec laquelle elle coopère. 13 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'élément fixe est la couronne, l'élément d'entrée du mouvement est la vis hélicotdale et l'élément de sortie du mouvement est le porte-satellites. 14 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'élément fixe est le porte-satellites, l'élément d'entrée du mouvement est la vis hélicotdale et l'élément de sortie du mouvement est la couronne.