Brevet FR2503309A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne une botte de vitesses motorisée. Les bottes de vitesses à pignons droits à un ou plusieurs étages constituent des unités d'entraînement très souvent utilisées dans le domaine de la construction de machines. La raison de leur application consiste en premier lieu en ce qu'elles constituent avec leur source d'énergie (qui est dans la plupart des cas un moteur é- lectrique) une unité fermée capable de produire un couple élevé, et en outre en ce que leur vitesse de rotation de sortie peut être choisie avec précision et à volonté (à la différence des vitesses de rotation qui sont produites par la source d'énergie d'entraînement). La structure de construction des bottes de vitesses connues pourvues d'un moteur est la suivante : le moteur d'entratnement est relié directement, ou bien par l'intermédiaire d'un accouplement d'arbre, à l'arbre d'entrée de la botte de vitesses sur lequel est monté l'un des pignons du premier étage et est en prise avec le premier arbre intermédiaire. Du fait que les boîtes de vitesses de ce type sont presque exclusivement des réducteurs, la vitesse périphérique des pignons du premier étage est plus grande que celle des autres pignons de la botte. Elles sont ainsi avantageusement agencées de manière que le plus grand pignon du premier étage entre en contact avec l'huile de lubrification et produise ainsi un brouillard d'huile qui assure alors la lubrification de tous les pignons et paliers de la botte de vitesses. L'autre pignon monté sur le premier arbre intermédiaire est en prise suivant le nombre des étages, soit avec le pignon de l'arbre de sortie, soit avec un pignon du second arbre intermédiaire. (Dans le cas d'un dispositif d'entratnement à un rapport, le grand pignon du premier rapport est naturelle ment directement monté sur l'arbre de sortie et il n'existe aucun arbre intermédiaire). Le second pignon du second arbre intermédiaire est en prise avec le pignon de l'arbre de sortie.Des boîtes de vitesses de ce type comportent, pour chaque étage, une paire de pignons, auquel cas il est prévu respectivement sur l'arbre d'entrée et sur l'arbre de sortie un pignon tandis qu'il est cependant prévu deux pignons sur chaque arbre intermédiaire. Les arbres et leurs pignons sont entourés par un carter dont les ouvertures sont obturées par des couvercles tandis que les arbres sont montés dans le carter ou dans les couvercles. Les arbres sont disposés - dans le cas de bottes de vitesses à pignons droits - parallèlement entre eux et suivant une répartition bidimensionnelle ou tridimensionnelle. En général, il est prévu sur un des côtés de la botte de vitesses les plaques de base servant au montage ou à la fixation. Ces plaques de base établissent un plan qui est orienté parallèlement aux arbres. La distance entre le plan des plaques de base et l'axe de l'arbre de sortie est appelée la "hauteur d'arbre de la botte de vitesses". Les bottes de vitesses motorisées connues comportent une seule surface de base, qui détermine ainsi également une seule hauteur d'arbre. Ainsi les bottes de vitesses motorisées connues sous les désignations commerciales "SEW" et "WAUMULLER" (en RFA) ou bien également "VEM" (en RFA) sont conçues de cette manière. Pour toutes ces boStes de vitesses, une caractéristique consiste en ce que les surfaces de base servant à la mise en place et à la fixation de la boîte de vitesses sont disposées sur un côté préférentiel du carter. En référence à un seul plan défini par les surfaces de base, toutes les parties et composants du mécanisme de boîte sont disposés dans une seule position déterminée. En ce qui concerne le mode de montage des bottes de vitesses motorisées, des conditions sévères sont imposées en pratique sous l'angle technique. Les impératifs de positionnement les plus fréquemment utilisés sont les suivants : possibilité de fixation sur un socle horizontal (dans ce cas l'arbre de sortie est placé au-dessus du plan de cette surface de base), possibilité de fixation sur un plafond horizontal (l'arbre de sortie est situé en dessous de la surface de base), possibilité de fixation à droite ou à gauche sur une paroi verticale (dans ces conditions, la surface de base est orientée verticalement et la hauteur d'arbre, définie ci-dessus, est mesurée à partir de la droite ou à partir de la gauche). (Ces dispositions de montage sont désignées dans les normes internationales par les symboles "B3", "B6", "37" et "B8". Du fait que, dans la plupart des cas, il est prévu sur l'arbre de sortie de la botte de vitesses motorisée un entrainement à courroie, à chatne ou à engrenage, de sorte que l'arbre de sortie est sollicité dans une direction radiale par une force d'entratnement importante, le paramètre technique essentiel pour de telles bottes de vitesses en dehors du couple de sortie et de la vitesse de rotation de sortie - est la possibilité de sollicitation radiale de l'arbre de sortie. Comme cela est bien connu, la possibilité de sollicitation radiale de l'arbre de sortie d'une boite de vitesses à engrenages est limitée par les caractéristiques suivantes - résistance - comportement à la déformation, et - durée de service (des paliers et des arbres). Lorsque par ailleurs l'agencement de construction de l'arbre de sortie de la botte de vitesses est conçu en correspondance, le facteur déterminant (qui peut également être bien défini par le calcul) est la durée de service des paliers. Les paliers d'un arbre à pignons d'engrenage sont sollicités dans la plupart des cas par des forces radiales et axiales qui sont engendrées par l'engrènement des dents et par leur sollicitation. Lorsque ces composants sont connus, il est possible de calculer la sollicitation équivalente à partir des formules générales concernant les paliers (ainsi que celles recommandées par les normes Ils0), et également de calculer leur durée de service. Cependant l'arbre de sortie est également sollicité, lors de la transmission d'un couple, par des charges radiales (et éventuellement également axiales), qui engendrent aux points d'appui des forces de réaction. Dans le cas d'une sollicitation extérieure purement radiale, les forces de réaction agissent dans le plan de la sollicitation radiale (positionnement constant) tandis que les forces radiales de réaction de l'engrenage font à chaque fois avec celui-ci un certain angle. La sollicitation radiale résultante d'un palier à roulement est définie, conformément à la figure 1, par la somme des vecteurs des deux forces. Les symboles donnés sur la figure 1 ont les significations suivantes KA - force agissant axialement sur le pignon R - force agissant radialement sur le pignon P - force périphérique agissant sur le pignon F - charge radiale d'arbre (par exemple sous l'ac tion d'un entratnement à channe) RA, KA, PA, FA - forces de réaction engendrées par les charges précitées au point d'appui "A" R3, KB, PB, F3 - forces de réaction engendrées par les charges précitées au point d'appui "3". Du fait qu'aussi bien la grandeur que la position de la réaction radiale du pignon peuvent être modifiées par rapport à la sollicitation extérieure (par une modification du sens de rotation du pignon), la sollicitation admissible de l'extrémité de l'arbre de sortie, correspondant à une durée de service désirée du palier, est généralement fonction de la position relative de cette sollicitation extérieure et du sens de rotation de l'arbre. Sur les figures 2 et 3, la possibilité de charge radiale de l'arbre de sortie d'une botte de vitesses motorisée de type connu a été indiquée pour les différents sens de rotation (vers la droite ou vers la gauche) et pour une durée de service déterminée du palier. La grandeur admissible des forces radiales (F) différemment orientées et s1e- xerçant sur la surface de base de la boîte de vitesses a été représentée sous la forme de vecteurs. On se rend compte que les charges admissibles s'exerçant sur l'arbre dans les différentes directions ont à chaque fois des valeurs différentes et en outre que leurs écarts mutuels sont considérables. Sur les figures 4 et 5, on a mis en évidence la charge radiale admissible de l'arbre de sortie d'une autre botte de vitesses motorisée en tenant compte de la durée de service déterminée des paliers et en adoptant une représentation en pourcentage pour une rotation dans deux sens opposés. Les valeurs angulaires définissent l'orientation de la force radiale (F) agissant sur l'arbre de sortie, rapportée à un plan qui est défini par un point constant et prédéterminé de la botte de vitesses, à savoir le point d'engrènement du pignon monté sur l'arbre de sortie et l'axe de l'arbre de sortie (la position de ce plan est considérée comme constante par rapport à la surface de base de la botte de vitesses). A partir de ce qui a été précisé ci-dessus, on peut établir que la grandeur de la charge radiale admissible de l'arbre - en fonction de son sens de rotation varie considérablement et qu'elle présente une valeur ma ximale et une valeur minimale (F , Fmin F Lorsque l'orientation favorable de la charge d'arbre coincide avec la direction souhaitée par l'utilisateur de manière qu'également la surface de la botte de vitesses se trouve dans la position désirée, la botte de vitesses peut être correctement utilisée et elle atteint la durée de service désirée alors que cela n'est pas le cas autrement - et cela arrive fréquemment en pratique.Du fait que, sous l'angle technique, les positions nécessaires de montage et les directions de sollicitation sont extrêmement variables, il est peu probable d'établir une concordance entre la disposition favorable de sollicitation, cette concordance ayant un caractère occasionnel. Du fait que cela est connu du fabricant, celui-ci est obligé - pour éviter des dommages affectant la garantie - d'indiquer à l'acheteur une valeur de la sollicitation radiale que la boîte de vitesses peut absorber dans chaque direction de charge. Cela correspond cependant à la valeur minimale de la sollicitation d'ar bre (F ). Cependant lorsque l'utilisateur doit faire min. intervenir une sollicitation supérieure à cette valeur, il est obligé de sélectionner une botte de vitesses supérieure, bien que la boîte de vitesses plus petite soit également capable de produire le couple désiré. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Le problème à résoudre par l'invention consiste à créer une botte de vitesses pour laquelle on évite un surdimensionnement et les frais supplémentaires en résultant, la boîte de vitesses devant permettre des possibilités universelles d'utilisation avec une dépense relativement faible. Le principe fondamental de l'invention est basé sur la connaissance que le problème posé doit être résolu avec une boîte de vitesses motorisée qui peut toujours être installée de telle sorte que la direction la plus favorable de sollicitation radiale de l'arbre de sortie concorde approximativement avec la direction effective de sollicitation. A cet effet, la force radiale extérieure agissant sur l'arbre de sortie peut ainsi - à la différence de la pratique courante - correspondre approximativement avec la direction de la force radiale maximale admissible pour l'entratnement considéré, indépendamment de la disposition désirée de montage de la botte de vitesses. Le problème posé est résolu à l'aide d'une botte de vitesses motorisée qui comporte un carter et en outre une unité pour la mise en place du carter, cette unité de mise en place comportant une surface de base qui est orientée parallèlement à l'arbre de sortie, le perfectionnement conforme à l'invention consistant en ce que l'unité prévue pour la mise en place comporte au moins deux surfaces de base - établissant des dispositions différentes. De préférence, on adopte un agencement dans lequel l'unité assurant la fixation est agencée sous la forme d'un chassies en forme de quadrilatère ou également de polygone, chaque surface latérale du châssis pouvant servir de surface de base pour le montage. Selon l'invention, il est également possible d'adopter une solution dans laquelle l'unité de mise en place du carter comporte seulement un socle de liaison, c'est-à-dire seulement une surface de base dont la position relative par rapport au carter est cependant modifiable. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures 6 à 10 dont La figure 6 représente un premier exemple de réalisation de la boîte de vitesses motorisée conforme à l'invention, en vue latérale, en partie en coupe, La figure 7 est une vue en plan de dessus, en partie en coupe, de la botte de vitesses de la figure 6, La figure 8 est une vue de face de la boîte de vitesses de la figure 6, La figure 9 est une vue latérale montrant des exemples de montage A - D de la botte de vitesses des figures 6 à 8, et La figure 10 représente en vue de face un autre exemple de réalisation de l'agencement conforme à l'invention. Comme le montrent les figures 6 à 8, un pignon 2 emmanché sur un arbre d'entrée 1 est en prise avec un pignon 4 fixé sur un premier arbre intermédiaire 3. Un autre pignon 5 du premier arbre intermédiaire 3 est cependant en prise avec un pignon 7 monté sur un second arbre intermédiaire 6. Enfin un pignon 8 du second arbre intermédiaire 6 est en prise avec un pignon 10 monté sur un arbre de sortie 9. La botte de vitesses comporte un carter Il qui est pourvu d'un couvercle respectif 12, 13 sur deux côtés (figure 6). Les arbres précités sont montés d'une manière connue dans le carter Il ou dans les couvercles 12 et 13. L'arbre d'entrée I est relié par l'intermédiaire d'un accouplement 15 avec une unité d'entraSnement 16, dans ce cas un moteur électrique. (L'arbre du moteur électrique peut constituer simultanément l'arbre d'entrée, auquel cas naturellement le pignon 2 est emmanché sur cet arbre 1). La botte de vitesses décrite ci-dessus est à trois étages (dans le mode de réalisation à deux étages, le second arbre intermédiaire 6 est supprimé, de même que les pignons 7 et 8, tandis que le pignon 10 coopère directement avec le pignon 5. La botte de vitesses comporte un dispositif de montage, qui est agencé dans l'exemple considéré avec quatre surfaces de base et qui a été désigné dans son ensemble par 14. Le dispositif de montage 14 se compose, conformément aux figures 6 à 8, des châssis de montage 14A et 14B qui sont fixés sur les deux côtés du carter. Les châssis de montage 14A et 14B ont une forme rectangulaire dans 1 'e- xemple considéré et chacun des cOtés extérieurs des châssis peut servir de surface de base; ces côtés ont été désignés par les références numériques 17, 18, 19 et 20. Les distances mesurées entre les surfaces de base 17 à 20 et l'axe de l'arbre de sortie, 8 savoir h1, h2, h3, h4, sont différentes dans le cas considéré, c'est-à-dire qu'elles augmentent dans l'ordre précité. Les châssis de montage 14A et 14B sont pourvus de trous 21 destinés à recevoir des vis de fixation, non représentées. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, il est par conséquent possible d'installer les châssis de montage 14A, 14B dans quatre dispositions, sans que la position relative spatiale des composants de la botte de vitesses soit modifiée. Cela procure cependant l'avantage de permettre un montage de la boîte de vitesses dans la position (cf. figures 2 et 3) qui correspond le mieux à la charge radiale extérieure envisagée pour l'arbre. On peut ainsi éviter un surdimensionnement de la boîte de vitesses et par conséquent les frais supplémentaires concernant les matières, le poids et le coût. Un autre avantage consiste en ce que, grace à la solution selon l'invention, le montage sur la machine opératrice, c'est-à-dire le raccordement, est considérablement simplifié. Avec l'agencement décrit ci-dessus, on obtient également l'avantage que, par exemple pour les cas d'installations désignées par A à D sur la figure 9, le niveau 22 de l'huile de lubrification reste toujours invariant. On est ainsi toujours assuré d'une lubrification optimale et la durée de service de la boîte de vitesses est allongée. il s'ajoute à cela l'avantage qu'on n'a pas à ajouter - en fonction de la position de montage une plus grande quantité d'huile de lubrification (comme cela est nécessaire pour les autres solutions connues). Les distances h1 h h4 ont été sélectionnées lors d'essais effectués par les inventeurs en fonction des séries numériques normalisées de hauteurs d'arbres des machines d'entratnement généralement utilisées. De cette manière, il est possible d'utiliser ou de raccorder la même botte de vitesses avec des machines opératrices ayant des espacements différents d'arbres de sortie (h). Les châssis de montage 14A et 14B peuvent également être remplacés par un seul châssis massif, qui peut alors avoir une forme polygonale quelconque, par exemple une forme d'hexagone ou également d'octogone. Les cas sis de montage 14A, 14B peuvent en outre être fixés sur le carter 11 par exemple par des liaisons vissées. Sur la figure 10, on a représenté un autre mode de réalisation de la solution conforme à l'invention, dans lequel le dispositif de montage 14 est agencé sous la forme d'une plaque de montage 24 comportant une seule surface de base 23, dont la position relative - par rapport au carter cylindrique Il - est modifiable conformément à l'invention. A cet effet, le dispositif de montage 14 est pourvu d'anneaux 25 qui sont fixés sur le carter 11. Sur les anneaux 25, il est possible de fixer de façon réglable, une plaque de montage 24 à l'aide de vis 26 qui sont engagées dans des trous 27 ou des rainures 28 de l'anneau 25. En correspondance au nombre de trous 27 ou à l'agencement des rainures 28, il est possible d'obtenir avec cet agencement un montage dans n'importe quelle position. REVENDICATIONS 1) Botte de vitesses comportant un carter et un arbre de sortie, le carter étant pourvu d'un dispositif de montage dont la surface de base est orientée parallèlement à l'arbre de sortie, caractérisée en ce que le dispositif de montage (14) comporte au moins deux surfaces de base servant au montage (17, 18, 19, 20). 2) Botte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de montage (14) est agencé sous la forme d'un châssis (14A; 14B) dont les surfaces extérieures (17 à 20) sont agencées chacune de manière à constituer une surface de base possible. 3) Botte de vitesses selon la revendication 2, caractérisée en ce que le châssis de montage (14A; 14B) est un châssis rectangulaire dont les surfaces de base (17 à 20) sont situées chacune à une distance différente d'espacement (h1, h2, h3, h4) par rapport à l'axe de l'arbre de sortie. 4) Botte de vitesse comportant un carter et un arbre de sortie, le carter étant pourvu d'un dispositif de montage dont la surface de base est orientée parallèlement à l'arbre de sortie, caractérisée en ce que la position relative d'une plaque de montage (24), comportant une seule surface de base (23), du dispositif de montage (14) est modifiable par rapport au carter (11). 5) Botte de vitesses selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif de montage (14) comporte un anneau (25) orienté perpendiculairement à l'arbre de sortie (9), et qui est fixé sur le carter (11) et en ce que, en vue d'une fixation réglable, la plaque de montage (24) est pourvue de trous (27) ou de rainures (28).