Brevet FR2402123A1 — publié le 19790330

La présente invention se rapporte aux dispositifs permettant de transmettre une puissance entre un organe moteur et un organe mené; plus précisément, elle concerne un dispositif transmetteur de puissance à engrenages, compact etéquilibré, du type à renvoi d'angle, monté entre un arbre moteur et un arbre mené. Le dispositif le plus fréquemment utilisé, dans la technique, pour transmettre une puissance entre deux arbres comprend deux pignons coniques placés respectivement sur chacun des arbres et engrenant en un point commun de leur denture. De plus, ces pignons sont généralement disposés à 900 l'un par rapport à l'autre pour former un dispositif transmetteur de puissance à renvoi d'angle. Lorsque la puissance à transmettre est importante, il est indispensable de prévoir un dimensionnement adéquat, ce qui peut conduire à un encombrement local trop important. Plusieurs dispositifs à renvoi d'angle peuvent être alors, dans certains cas, placés en série sur le mEme arbre mené de façon à additionner suceessivement les puissances et éviter de la sorte l'utilisation d'un seul dispositif nécessairement très encombrant pour supporter les sollicitations mécaniques élevées. Cependant, la disposition en série sur le même arbre de dispositifs à renvoi d'angle simples entrasse la multiplication des points d'introduction efforts, introduction qui s'accompagne à chaque fois d'un moment de flexion agissant directement sur l'arbre mené. De ce fait, l'arbre subit des déformations locales ou mQme généralisées, qui peuvent provoquer l'apparition d'un phénomène vibratoire limitant rapidement la vitesse de rotation, donc la puissance transmissible. Pour remédier à ces inconvénients, il est connu de transmettre au pignon conique monté sur l'arbre mené le couple moteur en deux points de sa denture, les points de contact entre les dentures pouvant être disposés soit aux deux extrémités d'un diamètre du pignon mené, soit au mEme niveau, de part et d'autre dudit pignon, lorsque celui-ci est un double engrenage conique. L'arbre ainsi symétriquement sollicité ne reçoit qu'un couple pur de rotation et il devient alors possible avec un seul pignon de doubler la puissance transmise sans doubler le nombre de pignons menés. Mais l'attaque du pignon mené par deux autres pignons, montés chacun sur un arbre moteur indépendant, ne supprime pas les inconvénients évoqués précédemment, ceux-ci se trouvant reportés sur lesdits arbres moteurs. Le but de la présente invention est donc de créer un dispositif transmetteur de puissance à engrenages, permettant de transmettre, simplement et sans discontinuité entre un arbre moteur et un arbre mené, un couple moteur parfaitement équilibré, ledit dispositif, monté sur l'arbre mené, présentant en outre un encombrement réduit par rapport aux transmissions classiques et permettant, à encombrement égal, de transmettre une puissance double. Le dispositif selon l'invention comprend, d'une part, un arbre moteur sur lequel est monté à une extrémité un premier pignon conique, et d'autre part un-arbre mené disposé-perpendiculairement à l'arbre moteur et sur lequel est monté un deuxième pignon conique engrenant avec ledit premier pignon.Ce dispositif est caractérisé par le fait que lesdits premier et deuxième pignons coopèrent ^ ---- avec un troisième et un quatrième pignons coniques, engrenant perpendiculairement entre eux et tournant librement autour d'un axe support respectif, lesdits troisième et quatrième pignons étant placés et alignés respectivement en face du deuxième et du premier pignon pour réaliser, dans tout le dispositif, un engrènement équilibré, assurant la transmission de la puissance à l'arbre mené par l'intermédiaire d'un couple pur de torsion. Le troisième et le quatrième pignons coniques peuvent être montés avec un Xqu autour de leur axe support, et l'un au éventuellement moins de ces pignons peut/se deplacer le long de son axe support. Dans le cas où le troisième et le quatrième pignon sont matés sans jeu sur leur axe supporté il convient d'utiliser un élément de liaison permettant la rotation, sans déplacement axial ou radial, desdits pignons par rapport à leur axe support respectif. L'axe support autour duquel tourne librement le troisième pignon conique peut alors Autre l'arbre mené, le deuxième pignon conique étant monté rigidement sur le mAeme arbre mené. Selon une-autre caractéristique avantageuse, l'arbre moteur est relié au premier pignon conique par un élément d'arbre indépendant, ledit élément étant fixé rigidement à une extrémité au premier pignon et comportant à l'autre extrémité,des des cannelures engrenant librement à l'intérieur d'un logement cannelé de l'arbre moteur pour obtenir un accouplement permettant un débattement angulaire relatif dudit arbre moteur par rapport à l'élément d'arbre indépendant. Selon une variante, l'un au moins des arbres de iransmission est relié directement à son pignon par un accouplement à cannelures autorisant un débattement axial et angulaire dudit arbre de transmission par rapport au pignon. Selon une autre variante, les pignons coniques tournent librement autour de deux entretoises tubulaires indépendantes, disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre et s'interceptant en leur milieu grâce à un passage ménagé dans le corps de l'une d'elles, chaque entretoise assurant une liaison commune entre deux pignons fixés en opposition aux extrémités de I'entretoise, lesdits pignons tournant contrarotativement sur ladite entretoise pour engrener avec les pignons portés par l'autre entretoise. Lorsque les troisième et quatrième pignons coniques sont munis d'un appui relié à un élément de soutien telle qu'un carter enveloppant le dispositif, il convient de doter ces appuis d'une tête sphérique qui s'engage sans Jeu à l'intérieur de l'entretoise tubulaire respective desdits pignons, au niveau de ceux-ci > de manière à permettre le mouvement, sous charge, par déplacement relatif en coulissement et en pivotement de chaque tête dans l'entretoise correspondante, de l'ensemble du dispositif par rapport audit élément de soutien. L'arbre mené, sur lequel tourne librement le troisième pignon et sur lequel est fixé rigidement le deuxième pignon,peut coopérer avec une seule entretoise indépendante sur laquelle sont montés, à chaque extrémité, le premier et le quatrième pignons coniques, ladite entretoise ayant en son milieu un passage permettant la traversée de l'arbre mené.Cette entretoise indépendante peut comporter en outre, du côté de sa liaison avec le quatrième pignon conique, un évidement à l'intérieur duquel pénètre une tête sphérique d'un appui relié à un élément de soutien du dispositif, cet évidement ayant une forme telle qu'il permet le pivotement et le coulissement relatifs de la tête sphérique de l'appui dans l'entretoise, avec Jeu dans la direction longitudinale de l'arbre mené > mais sans Jeu dans la direction circonférentielle autour de cet arbre, les déplacements correspondants permettant un mouvement relatif du dispositif par rapport audit élément de soutien. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre l'invention et sa mise en oeuvre. La figure 1 représente une coupe en élévation d'un dispositif selon l'invention installé à l'intérieur d'un carter. La figure 2 montre, sur une demi-coupe en élévation, une variante du dispositif de la figure 1. La figure 3 indique schématiquement, à l'aide des figures 3î > 32 > 33 et 34 (correspondant à des vues selon les flèches F1, F2, F3 et F4), le principe de fonctionnement du dispositif. Les figures 4, 5, 6 et 7 représentent,à la manière de la figure 1, différents modes de réalisation du dispositif, la figure 5 montrant partiellement une variante de la figure 4. Les figures 8 et 9 représentent des coupes selon les lignes VIII-VIII et IX-IX de la figure 7. La figure 10 représente une application du dispositif, répété en série sur un même arbre pour transmettre une forte puissance. Comme le montre la figure 1, le dispositif selon l'in-- Invention, désigné dans son ensemble par le repère 5, est monté à l'intérieur d'un carter 6, dont les éléments d'assemblage ne sont pas représentés dans un but de simplification. Le dispositif utilisé dans cet exemple pour transmettre m teur une puissance entre un u b u 7 et- un arbre mené 8, disposés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre, c'est-à-dire en configuration de renvoi d'angle, comprend quatre pignons coniques. préférentiellement mais non limitativement du type à denture droite, désignés respectivement par les repères 1, 2, 3 et 4. Le premier pignon 1 est fixé rigidement à l'arbre de transmission moteur 7 et engrène avec le deuxième pignon 2, monté également rigidement sur l'arbre-mené 8. Le premier et le deuxième pignon engrènent, par tailleurs, avec le troisième et le quatrième pignon conique 3 et 4, engrenant perpendieulairemest entre eux et tournant librement autour de leur axe support 9, 10. Les axes supports9 et 10 sont solidaires du carter 6 et sont alignés avec l'arbre de transmission placé en face de chacun d'eux. C'est ainsi que l'arbre moteur 7 qui porte le pignon menant 1 est aligné avec l'axe 10 qui porte le pignon libre 4, tandis que l'arbre mené 8 sur lequel est fixé le pignon mené 2 est aligné avec l'axe 9 qui porte l'autre pignon libre 3.Avec cet alignement particulier, les troisième et quatrième pignons sont placés respectivement en face du deuxième et du premier pignon et la disposition en série des troisième et quatrième pignons permet de transmettre une partie de la puissance du pignon 1 vers le pignon 2, comme nous le verrons par la suite plus en détail. Dans certaines conditions de fonctionnement, il peut être intéressant que le troisième et le quatrième pignon conique soient montés avec un Jeu J1 autour de leur axe et que par exemple le pignon 4 puisse se déplacer le long de son axe grâce à la présence d'un autre jeu J2 (voir figure 2). Ces Jeux peuvent entre par exemple déterminés pour tenir compte des différences d'alignement entre les axes supports et les arbres, ou bien pour atténuer les différences géométriques de forme des dentures. De plus, pour permettre aux pignons relais 3 et 4 de tourner avec un faible frottement contre la paroi 61 du carter (voir figure 2) il est avantageux de deposer sur ladite paroi et sur la partie du pignon avoisinante une couche de matière autolubrifiante 62 et 41 par exemple une couche de céramique comprenant un carbure de métal résistant à la fois aux pressions superficielles et à l'usure. Le principe de fonctionnement du dispositif, illustré par la figure 3 et plus précisément par les figures 31 32' 32, 33 > et 34 > montre comment le couple moteur Gss, produit au niveau de l'arbre d'entrée 7, chemine à l'intérieur dudit dispositif pour être reconstitué à la sortie sous la forme d'un couple pur de rotation Cs, agissant sur ltarbre mené 8. En effet, sous l'action dtun couple d'entrée C e transmis par l'arbre 7, deux forces tangentielles Fe de même intensité, mais de sens opposés, apparaissent à la périphérie du diamètre primitif dPe du pignon 1. (Ce = Fe x dp,), Ces forces, qui prennent naissance sur les parties en prise des dentures d'une part des pignons 1 et 2, d'autre part des pignons 1 et 3, sollicitent directement un côté du pignon 2 de sortie suivant une force F's et le premier pignon niais 3 suivant une force Fie , (voir figures 32 et 33). A son tour, et de la même manière, la force F'e agissant sur le pignon 3 est transmise au deuxième pignon relais 4 suivant une force F"e (voir figure 34) > qui se transforme au contact de la denture du pignon 2 en une autre force F"5 (voir figure 32) En admettant un rendement mécanique voisin de l'unité, la première force F's est sensiblement égale à la deuxième force F"S, de sorte que le couple de sortie Cs agissant sur l'arbre mené 8 est un couple de rotation sensiblement pur, de valeur :Cs = F s x dps = F" x dps La présence et la coopération des pignons relais 3 et 4 permet donc de transmettre au pignon de sortie 2 une composante tangentielle issue du pignon d'entrée 1, sensiblement de m8me intensité que l'autre composante tangentielle résultant de l'attaque directe du pignon 1 sur le pignon 2.Par ailleurs, les pignons coniques,qui qui sont représentés dans cet exemple avec le mEme diamètre primitif, pourront Autre de même diamètre pour une paire de pignons placés face à face, mais de diamètre différent d'une paire à l'autre, pour permettre une multiplication ou une démultiplication du couple de sortie, tout en assurant un cheminement équilibré des efforts tangentiels de chaque côté de l'un quelconque des pignons. L'agencement des engrenages composant le dispositif permet donc de solliciter en deux points opposés de sa denture le pignon de sortie situé sur l'arbre mené et de doubler ainsi la puissance maximale disponible sur ledit arbre sans doubler le dimensionnement dudit pignon de sortie. De plus, cette double introduction de forces motrices sur la denture du pignon de sortie permet, pour une puissance donnée, de réduire l'encombrement total du dispositif. Ce résultat est notamment avantageux lorsque ledit dispositif est utilisé par exemple à l'intérieur d'un bulbe porte-hélice de bateau rapide, la diminution du mattre- couple du bulbe permettant de réduire la tratnée hydrodynamique, donc la puissance installée. Quand il n'est pas nécessaire d'avoir autour des axes 9 et 10 un Jeu fonctionnel, mais plutôt une liaison assurant la transmission des sollicitations mécaniques sans glissement vis-à-vis des axes supports, la variante du dispositif indiquée en figure 4 est avantageusement utilisée. Selon cette variante, lespignons relais 3 et 4 sont montés sans jeu sur leur axe support par l'intermédiaire d'un élément de liaison 11. Cet élément, du genre roulement à billes à une ou deux rangées de billes, permet effectivement une rotation des pignons 3 et 4 sans déplacement axial ou radial de ceux-ci par rapport à leur axe support respectif. De plus, l'axe support du pignon 3 est l'arbre mené 81 lui-m8me, le troisième pignon conique tournant librement autour dudit arbre, tandis que le deuxième pignon est monté rigidement sur celui-ci.Lorsque l'arbre moteur 7 est de grande longueur, des déformations dues aux efforts dynamiques apparaissent au niveau des appuis. I1 devient alors nécessaire de ne pas transmetre les mouvements de l'arbre qui en résultent au premier pignon conique, sous peine de g8ner le fonctionnement.A cet effet, il convient de monter entre arbre moteur et le premier pignon coque un élément d'arbre indépendant, comme le montre explicitement la figure 5.Cet élément, désigné par le repère 12, est fixé rigidement, à une extrémité, au premier pignon conique et comporte, à l'autre extrémité, des cannelures 13 engrenant à l'intérieur d'un logement cannelé 14 de l'arbre moteur 71. Les cannelures dudit élément d'arbre, en coopérant librement avec le logement cannelé de l'arbre, c'est-àdire avec un certain jeu, réalisent un accouplement permettant un débattement angulaire relatif dudit arbre moteur 71 par rapport à l'élément d'arbre indépendant 12. Ce -débattement angulaire relatif peut titre utilisé inversement pour résorber un déplacement du dispositif par rapport à l'arbre moteur.Quand le dispositif transmetteur de puissance doit être utilisé le plus indépendamment possible de ses appuis, notamment lors de déformations d'ensemble du carter pouvant geler l'engrèn-ment, la forme d'exécution de la figure 6 peut Etre avantageusement utilisée. Selon cette figure, les arbres de transmission 72 et 82 sont reliés directement à leur pignon respectif par un accôuplement à cannelures autorisant un débattement axial X et angulaire p de chacun desdits arbres par rapport à son pignon.Ces accouplements, tout à fait comparables à celui décrit précédemment et désignés par les repères 151 et 152, coopèrent avec les pignons du dispositif, lesquels tournent librement autour de deux entretoises tubulaires 161 et 162. Ces entretoises, disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre, s'interceptent en leur milieu gracie à un passage ménagé dans le corps de l'une d'elles (du genre représenté à la figure 8). Chaque entretoise assure en outre une liaison entre les deux pignons 1, 4 ou 2, 3 montés respectivement à chacune de ses extrémités par des organes de liaison du genre roulement à billes, lesdits pignons tournant contrarotativement sur ladite entretoise pour engrener avec les pignons portés par l'autre entretoise. Pour cette réalisation, les efforts axiaux s'exerçant, par exemple, sur la denture du pignon 1 s'équilibrent directement, du fait de la présence de l'entretoise 161, avec les efforts axiaux provenant de la denture du pignon 4, les efforts radiaux s'équilibrant, par tailleurs, pignon par pignon. Les deux entretoises tubulaires facilitent par ailleurs le réglage en position des pignons coniques. Dans ces conditions, les appuis 171 et 172, situés au niveau des pignons 3 et 4 et reliés par exemple à un carter enveloppant le dispositif, ne reçoivent que des efforts tranchants, et leur déplacement relatif par rapport aux pignons est rendu possible grSce à une tête sphérique faisant partie intégrante de l'appui considéré. C'est ainsi, par exemple, que l'appui 171 comporte une tette sphérique 25 qui coulisse et peut tourner sans jeu à l'intérieur 16 de l'entretoise 162, de manière à 3 permettre le déplacement relatif, sous charge, dudit appui par rapport à ladite entretoise.La combinaison des déplacements au niveau des appuis 171 et 172 et des accouplements à cannelures des arbres de transmission permet alors le déplacement de l'ensemble du dispositif par rapport à l'un quelconque desdits appuis. La figure 7 représente une variante du dispositif de la figure 6, qui permet un certain déplacement de l'ensemble des engrenages lorsque l'arbre mené est continu et traverse ledit dispositif. Selon cette variante, sur l'arbre mené 83 est fixé rigidement le deuxième pignon 2 du dispositif, et le troisième pignon 3 tourne librement autour du même arbre, par l'intermédiaire d'un élément de liaison 11. Une seule entretoise indépendante 18, sur laquelle sont montés à chaque extrémité le premier et le quatrième pignon I et 4 et qui comporte en son milieu un passage 181, pour l'arbre mené 83 (figure 8), participe, avec ledit arbre mené, à la transmission des efforts. Pour assurer une certaine possibilité d'adaptation des dentures entre elles, adaptation nécessitée par les imperfections géométriques des engrenages, du bien par un déplacement des dentures dû, par exemple, à la flexion de l'arbre mené 8,, l'entretoise 18 comporte, du côté de sa liaison avec le quatrième pignon, un évidement 19. Comme le montrent les figures 7 et 9, une tête sphérique 20 de l'appui 21 peut se déplacer en mouvement /circonférentiel relatif à l'intérieur dudit évidement, d'une part sans jeu/dans le plan perpendiculaire à l'arbre mené 8 , d'autre part, avec un geu dans le sens longitudinal de l'arbre grSce à la présence de Jeux J3 et Jl existant de part et d'autre de la tette sphéri 3 que 20.Ainsi, le dispositif peut effectuer des mouvements relatifs par rapport à son appui, et inversement, l'appui peut se déplacer lors de déformations éventuelles du carter qui le porte, sans gêner le fonctionnement des engrenages du dispositif. La figure 10 donne une application du dispositif à la transmission d'une grande puissance sur un arbre continu 84 à la sortie duquel tourne par exemple une hélice (non représentée). L'utilisation en série d'un ensemble de dispositifs numérotés, non limitativement, 221, 222, 223 et 224 permet en effet, par l'intermédiaire d'arbres moteurs indépendants 7D, 74, 8 et et de communiquer successivement à un seul arbre une puissance motrice élevée. Les dispositifs, installés à l'intérieur d'un carter profilé 22, occupent par ailleurs un espace réduit, ce qui permet de réduire les dimensions du carter, donc la valeur de la tratnée de frottement lorsque celui-ci évolue dans un milieu fluide quelconque. De plus, le gain de poids qui en résulte autorise l'emploi d'un tel dispositif à bord d'aéronefs ou de bateaux, ou sur des appareillages devant être facilement transportables. REVENDICATIONS 1. - Dispositif transmetteur de puissance à engrenages, comprenant d'une part un arbre moteur sur lequel est monté à une extrémité un premier pignon conique, d'autre part un arbi mené disposé perpendiculairement à l'arbre moteur et sur lequel est monté un deuxième pignon conique engrenant avec ledit premier pignon, caractérisé par le fait que lesdits premier et deuxième pignons coopèrent ------------- avec un troisième et un quatrième pignon conique, engrenant perpendiculairement entre eux et tournant librement autour de leur axe support, lesdits troisième et quatrième pignons étant placés et alignés respectivement en face du deuxième et du premier pignon pour réaliser dans tout le dispositif un engrènement équilibré assurant la transmission de la puissance à l'arbre mené par application sur celui-ci d'un couple pur de torsion. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le troisième et le quatrième pignon conique sont montés avec un jeu autour de leur axe support. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'un au moins des troisième et quatrième pignons coniques peut se déplacer le long de son axe support. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le troisième et le quatrième pignon conique sont montés sans Jeu sur leur axe support par l'intermédiaire d'un élément de liaison permettant la rotation desdits troisième et quatrième pignons sans déplacement axial ou radial de ceux-ci par rapport à leur axe support respectif. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'axe support autour duquel tourne librement le troisième pignon conique est l'arbre mené, le deuxième pignon conique étant monté rigidement sur le même arbre mené. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'arbre moteur est relié au premier pignon conique par un élément d'arbre indépendant, ledit élément étant fixé rigidement à une extrémité au premier pignon et comportant, à l'autre extrémité, des cannelures engrenant librement à l'intérieur d'un logement cannelé de l'arbre moteur, pour obtenir un accouplement permettant un débattement angulaire relatif dudit arbre moteur par rapport à l'élément d'arbre indépendant. 7.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'un au moins des arbres de transmission est relié directement à son pignon par un accouplement à cannelures autorisant un débattement axial et angulaire dudit arbre de transmission par rapport audit pignon. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les pignons coniques tournent librement autour de deux entretoises tubulaires indépendantes, disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre et s'interceptant en leur milieu gracie à un passage ménagé dans le corps de l'une d'elles, chaque entretoise assurant une liaison entre les deux pignons fixés en opposition aux extrémités de ladite entretoise, lesdits pignons tournant contrarotativement sur ladite entretoise pour engrener avec les pignons portés par l'autre entretoise. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les troisième et quatrième pignons sont munis d'un appui respectif et que chacun de ces appuis est doté d'une tette sphérique qui s'engage sans jeu à l'intérieur de l'entretoise tubulaire respective, avec possibilité de déplacement relatif en coulissement et en pivotement, sous charge, de chaque teste dans l'entretoise correspondante. 10.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'arbre mené sur lequel tourne librement le troisième pignon et sur lequel est fixé rigidement le deuxième pignon coopère avec une seule entretoise indépendante sur laquelle sont montés, à chaque extrémité, le premier et le quatrième pignon conique, ladite entretoise ayant en son milieu un passage permettant la traversée de l'arbre mené. 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'entretoise indépendante comporte, du ctté de sa liaison avec le quatrième pignon conique, un évidement à l'intérieur duquel pénètre une tête sphérique d'un appui, cet évidement ayant une forme telle qu'il permet le pivotement et le coulissement relatifs de la tête sphérique de l'appui dans l'entretoise, avec jeu dans la direction longitudinale de l'arbre mené, mais sans Jeu dans la direction circonférentielle autour de cet arbre. 12.- Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle consiste à monter en série sur un arbre de transmission continu plusieurs dispositifs transmettant audit arbre continu mené la puissance repue d'arbres moteurs flndépendxnts attaquant respectivement chacun des dispositifs.