Brevet FR2515764A1 — publié le 19830506

i PERFECTIONNEMENTS AUX REDUCTEURS DE COUPLE- La présente invention se rapporte aux réducteurs de couple à vis sans fin destinés notamment à la commande man- nuelle ou motorisée de vannes industrielles. Ce type de réducteur comporte généralement une vis sans fin en prise avec, soit une roue dentée pour les ré- ducteurs à fraction de tour,soit une roue denté pour les ré- ducteurs à tour complet Les deux organes en prise ont leurs axes orthogonaux et sont maintenus en place par un bottier ou enceinte constitué par deux nièces complémentaires assemblées entre elles par vis après mise en place à l'intérieur de la vis sans fin et du secteur ou de la roue En outre, dans le cas d'un réducteur à fraction de tour, il est prévu un dispositif de butées destiné à délimiter le débattement angulaire du sec- teur et généralement constitué par deux vis disposées A la pé- riphérie du bottier et réglables de l'extérieur. Les divers modes de réalisation connus de ces types de réducteurs different essentiellement entre eux par la structure et la conformation des deux pièces constituant l'enceinte du réducteur. Suivant un de ces modes de réalisation ladite enceinte comporte un corps creux formant embase de fixation sur la vanne,par:exemple,à actionner et un couvercle rapporté sur le corps du côté opposé à la vanne. Suivant un autre mode de réalisation, l'enceinte comporte une embase en forme de bride de fixation et un corps creux en forme de cloche qui vient coiffer l'ensemble du mé- canisme Dans une forme de réalisation particulière de ce der- nier type de réducteur, le corps en forme de cloche vient di- rectement se fixer sur la bride d'accouplement de la vannez 2- Ces dispositifs Présentent d'une manière générale des inconvénients, notamment au niveau des contraintes liées à l'axe de rotation du secteur ou de la roue. En effet, au cours du fonctionnement, cet axe est le siège d'un effort présentant notamment une composante radiale équilibrée par la réaction du dispositif maintenant l'axe dudit secteur ou roue. Dans les réducteurs évoqués ci-dessus, le sec- teur(ou la roue)se compose généralement d'un axe cylindrique creux venant s'emboîter sur la tige transmettant l'effort et d'une portion de disque {ou d'un disque) coaxiale audit axe et de configuration pratiquement symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du secteur (ou de la roue). Dans ces conditions les montages adoptés com- portent soit deux paliers, l'un solidaire de l'embase et l'au- tre solidaire du couvercle, soit un seul palier. Dans ce dernier cas, cet unique palier doit être largement dimensionné pour constituer un encastrement suffi- sant pour supporter le couple de flexion exercé par la compo- sante radiale de l'effort appliqué au secteur Mou à la roue) du fait de l'existence d'un porte-à-faux Cette disposition conduit en outre à accroître les frottements lors de la rota- tion Dans un cas comme dans l'autre il est nécessaire d'usiner les différents éléments, intrinsèquement et relative- ment les uns avec les autres, avec la précision requise pour tenir compte du porte-à-faux de l'axe sur son ou ses supports. Une exception existe cependant aux systèmes men- tionnés ci-dessus et concerne le type de réducteur dans lequel le corps de l'enceinte, en forme de cloche, vient se fixer di- rectement sur la bride de la vanne Dans ce cas, en effet,l'axe du secteur ne comporte qu'un seul palier situé du côté opposé à la vanne et le côté du secteur faisant face à cette dernière est maintenu Dar son emboîtement sur l'axe auquel doit être transmis l'effort de rotation. Cette disnosition, qui est par ailleurs de nature à desserrer les tolérances d'usinage requises dans les deux pre- miers cas cités plus haut,présente néanmoinsdes exigencespropres. La tige à laquelle doit être transmis l'effort 3 - devenant de fait l'axe de rotation du secteur, il est néces- saire de prévoir entre ces deux pièces des tolérances d'emboi- tement aussi serrées que celles précédemment évoquées. Par ailleurs, un tel montage implique un encas- trement sans jeu mur le corps de la vanne de l'axe auquel est transmis le mouvement. Or, tel n'est ras généralement le cas: il existe, en effet, des dispositions dans lesquelles la tige venant s'em- botter dans le secteur du réducteur n'est pas solidaire de l'axe de rotation de la vanne à laquelle elle se trouve liée par un simple système à tenon et mortaise ou tout autre système équivalent comportant un jeu important et interdisant l'utilisation de cette tige comme axe de rotation du secteur. Dans ces conditions, tout le système de tolérances préc Mdem- ment expose doit trouver place dans la conception du seul ré- ducteur. De plus, dans la conception actuelle des réduc- teurs de couple, l'indicateur de position se présente sous forme d'un simple disque plan comportant un index, ce qui im- plique un système complémentaire d'étanchéité aux intempéries prenant généralement la forme d'un joint placé au niveau du palier extérieur de l'axe du secteur. D'une façon générale, toutes les structures ac- tuellement utilisées conduisent à des usinages de précision pour les pièces constituantes et à des opérations de montage délicates ne facilitant pas par la suite les opérations de maintenance. Le but de la présente invention est de supprimer ces inconvénients en proposant une nouvelle structure de mon- tage de réducteurs de couple réduisant les opérations d'usi- nage précis, facilitant le montage des organes ainsi que les opérations de maintenance ultérieures. A cet effet, l'invention a pour objet un réduc- teur de couple du type comprenant une roue ou secteur denté solidaire en rotation d'un arbre à commander, une vis sans fin mue manuellement ou par moteur,en prise tangentiellement avec la roue ou secteur et d'axe orthogonal à l'axe de la roue ou du secteur et un bottier ou enceinte enfermant les organes ci- dessus et dont au moins une partie détermine des surfaces de palier supportant l'axede la roue ou secteur coaxialement -4- audit arbre commandé, ledit réducteur étant caractérisé en ce que la roue ou secteur comporte un moyeu creux relié à la den- ture périphérique par l'intermédiaire d'un voile conformé de manière à ménager entre le moyeu et la denture un espace annu- laire dans lequel est disposé un paliér unique de support et de qentrage du moyeu, ce palier formant partie intégrante d'un corps de bottier enveloppant la roue ou secteur et ouvert du côté opposé à l'arbre commandé, l'ouverture étant obturée par un couvercle amovible. Une telle structure de roue ou de secteur pré- sente la caractéristique que le plan médian de la denture per- pendiculaire à l'axe du moyeu coupe la surface du palier uni- que sensiblement dans sa partie centrale. Cette disposition présente l'avantage substan- tiel d'éliminer tous couples de flexion du fait que la com- posante radiale de l'effort auquel la roue ou le secteur est soumis s'applique dans la partie centrale du palier. Ce dernier peut donc être très sensiblement ré- duit en longueur ce qui facilite l'usinage et diminue d'autant les frottements. Suivant une autre caractéristique, le réducteur selon l'invention comporte avantageusement un indicateur de rotation solidaire de la face externe dudit couvercle lequel est constitué par un-disque sensiblement plan solidaire en rotation de la roue ou secteur, ledit corps de bottier étant destiné à être rapporté sur le corps du dispositif commandé. Le boîtier du réducteur ne comporte donc qu'une pièce principale qui est seule usinée, le couvercle étant un simple disque fermant l'ouverture du corps principal de ma- nière étanche aux intempéries et permettant un accès direct et instantané à l'intérieur du réducteur pour assurer son entre- tien et sa vérification sans aucun démontage des organes es- sentiels du réducteur. Par ailleurs, dans le cas d'un réducteur à frac- tion de tour, celui-ci peut être avantageusement muni de vis- butées réglables de limitation du débattement du secteur, por- tées par le secteur, côté couvercle, et coopérant avec des saillies fixes solidaires du corps de bottier. Ce système de réglage de la course du secteur est ainsi entièrement à l'intérieur du boîtier contrairement -5- aux systèmes actuels et très facilement accessible par simple enlèvement du couvercle. Le bottier n'a plus à être usiné spécialement pour recevoir les visbutées traditionnelles, le même bottier pouvant être utilisé Dour différents réducteurs à tour complet, ou à fraction de tour. D'autres caractéristiques et avantages reseor- tiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisa- tion d'un réducteur selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexes sur lesquels: Fig 1 représente une vue en coupe suivant le plan médian du secteur d'un réducteur selon l'invention, et Fig 2 représente une vue en coupe axiale suivant la ligne II-II du réducteur de la Fig 1. Le réducteur représenté sur les dessins est un réducteur à fraction de tour comprenant une vis sans fin 1 so- lidaire d'un axe 2 dont une extrémité 2 a est clavetée sur un organe d'entraînement en rotation non représenté (un volant ou un moteur par exemple). La vis 1 est en prise avec la denture 3 d'un secteurquart de tour 4 solidaire en rotation d'un arbre com- mandé 5 actionnant par exemple une vanne. L'axe 2 et l'arbre 5 sont orthogonaux Le secteur 4 est solidaire d'un moyeu cylindrique 6 claveté sur l'extrémité de l'arbre 5 et est constitué d'un voile 7 incliné sur l'axe du moyeu 6, formant partie intégrante de ce dernier et dont la partie périphérique constitue la denture 3. Comme on peut le constater sur la Fig 2, le plan général du voile 7 est incliné d'une cinquantaine de degrés en- viron sur l'axe du moyeu 6, la jonction du voile 7 au moyeu 6 étant décalée par rapport au centre du moyeu On ménage ainsi entre la denture 3 et le moyeu 6, sous le voile 7,un espace annulaire 8 en forme de coin dont l'intérêt fondamental appa- raitra plus loin. Le moyeu 6 est supporté et centre par un palier unique 9 conformé sur un prolongement tubulaire 10 solidaire d'une embase 11 destinée à être rapportée et fixée par tous moyens appropriés sur un corps d'une vanne par exemple, com- mandé par l'arbre 5. -6- L'embase 11 est elle-même prolongée par une enveloppe externe 12 formant carter et constituant le corps principal de l'enceinte du réducteur. Les parties 10,11 et 12 sont bien entendu réa- isées d'un seul bloc par moulage puis usinage. La hauteur du corps principal 12 de ladite en- ceinte correspond sensiblement à celle du moyeu 6, cependant que la longueur du palier unique 9 est très faible en compa- raison des longueurs du palier unique des réducteurs connus ou de la longueur cumulée des deux paliers disposés de part et d'autre du secteur d'autres types de réducteurs connus, comme il a été souligné plus haut. Suivant une caractéristique essentielle du dis- positif selon l'invention la partie centrale dudit palier 9 se trouve à l'aplomb de la composante normale 13 de l'effort transmis par la vis 1 au secteur 4 grâce à la possibilité de disposer le palier 9 dans l'espace annulaire en coin B. La vis 1 est maintenue et centrée dans un pro- longement 12 a (Fig 1) du corps 12 à la manière classique à l'aide de manchons 14 à roulements à aiguilles rapportés et fixés sur ledit corps 12 a. Le corps 12 est ouvert du côté opposé à l'em- base 11 A cet effet, il est prévu un rebord cylindrique 12 b coaxial au moyeu 6. L'orifice circulaire ainsi déterminé est obtu- ré à l'aide d'un couvercle 15 sensiblement plan fixé demanière amovible en bout de l'arbre 5 par exemple. Le couvercle 15 s'encastre grâce à un épaulement circulaire interne 16 sur l'extrémité du moyeu 6 cependant que le rebord périphérique du couvercle comporte un retour 17 épousant le rebord 12 b afin de rendre le réducteur étanche aux poussières et intempéries Un léger jeu subsiste néanmoins entre le couvercle 15 et le rebord fixe 12 b pour ne pas en- traver la rotation du couvercle 15 lequel porte sur sa face externe un indicateur de rotation 18, à la manière bien connue. Le système de réglage du débattement angulaire du secteur 4 est constitué par deux vis-butées 19 a et 19 b montées réglables sur deux oreilles 20 a et 20 b solidaires du secteur 4 (côté couvercle 15) et décalées de 900 entre elles. 15764 7 - Ces vis-butées 19 a, 19 b coopèrent avec des sail- lies fixes 21 venues de moulage avec le corps principal 12 et disposées en conséquence à l'intérieur de l'enceinte. Cette disposition des saillies 21 est d'ailleurs telle que le secteur quart de tour 4 pourrait être instantané- ment remplacé par un secteur demi-tour pourvu,dans sa partie ceni traled'une oreille telle que l'Oreille 20 a portant une première vis-butée telle que 19 a et une seconde vis-butée telle que la vis représentée en 19 c disposée têtebêche avec la première et assurant ainsi le débattement précis à 180 de ce dernier secteur. Le réducteur représenté et décrit ci-dessus présente un certain nombre d'avantages sensibles par rapport aux réducteurs connus. En premier lieu, du fait que la composante ra- diale 13 de l'effort auquel est soumis le secteur 4 en fonc- tionnement s'applique, grâce au déport latéral du voile 7, en une zone située entre les deux extrémités du palier unique 9, la longueur de ce dernier peut être notablement réduite puis- qu'il n'y a plus d'effet de couple de flexion exercé sur ledit palier Les frottements s'en trouvent réduits en conse- quence cependant que l'usinage du palier est moins important et également moins serré du fait de l'excellent équilibre des forces que l'on peut obtenir avec une telle disposition du palier. D'un autre côté, dans un tel réducteur 1 il n'y a qu'une seule pièce à usiner avec certaines tolérances, celle constituée par les parties 10,11 et 12, laquelle pièce cons- titue par ailleurs la pièce essentielle de l'enceinte du r 5 duc- teur,lecouvercle 15 n'étantqu'un simpledisque facilement enleva- ble même encours de foictiôfionement pour régler les via-butées de dé- battementdu secteur,pourvérifierl'intérieur du réducteur etassu- rer sa maintenance Cette commodité d'emploi est très appréciable en regard des réducteurs traditionnels dont il faut démonter tout ou partie des organes essentiels pour la maintenance. Le fait d'avoir une seule pièce à usiner pour l'assemblage des organes mobiles est particulièrement adapté aux techniques actuelles d'usinage sur machine à commande numérique. 8 - Le réducteur selon l'invention présente égale- ment une hauteur réduite correspondant à la longueur du moyeu 6 sensiblement, laquelle peut être réduite au strict nécessaire pour assurer l'accouplement approprié avec l'arbreà commander 5. Le montage des vis-butées réglables 19 a, 19 b, 19 c à l'intérieur, sur le secteur 4, dispense d'usiner le carter du réducteur qui peut être standard et utilisé pour divers types de réducteurs (à tour complet, à quart de tour, à demi-tour, à fraction quelconque de tour). Suivant une autre caractéristique on peut avanta- geusement prévoir une réserve de graissage pour la vis 1 en réalisant une nervure interne 22 de retenue solidaire de l'em- base 11, au droit de la zone de contact entre la vis let la denture 3, le réducteur étant disposé avec l'axe de son moyeu vertical au dessus de la vanne commandée Cette nervure 22 assure également le rôle de raclette visà-vis du flanc de la denture 3 et confine la graisse dans sa zone d'utilisation. La disposition particulière de la denture 3 par rapport au moyeu 6 s'applique aussi bien aux secteurs qu'aux roues dentées sur toute leur périphérie. Le voile 7 peut avoir une autre conformation (sec- tion en L par exemple) dans la mesure ou on réalise,entre la denture 3 et le moyeu 6 eun espace annulaire permettant de loger le palier unique 9. Il est à noter aussi que le secteur 4 pourrait être disposé en sens inverse sur l'extrémité de l'arbre 5 au- quel cas le palier-support serait conformé sur un prolongement interne d'un corps d'enceinte rapporté sur une embase analogue à l'embase 11, ledit corps enveloppant les organes du réduc- teur à la manière du corps 12 et étant obturé au-droit de l'ex- trémité de l'arbre 5 par un disque-couvercle analogue au cou- vercle 15 mais de diamètre réduit sensiblement au diamètre ex- térieur du moyeu 6. Le réducteur selon l'invention sert à la commande de tout dispositif comportant un arbre dont la rotation doit être asservie, telle qu'une vanne industrielle par exemple, mais peut également constituer la partie essentielle d'un vérin mécanique. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes. 9- REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 Réducteur de couple du type comprenant une roue ou secteur denté ( 4) solidaire en rotation d'un arbre à com- mander ( 5), une vis sans fin ( 1) mue manuellement ou par mo- teur en prise tangentiellement avec la roue ou secteur et d'axe orthogonal à l'axe de ladite roue ou secteur et uni bottier ou enceinte enfermant les organes ci-dessus et dont au moins une partie détermine des surfaces de paliers supportant l'axe de la roue ou secteur coaxialement audit arbre commandé, ledit réducteur étant caractérisé en ce que la roue ou secteur com- porte un moyeu creux ( 6) relié à la denture ( 3) périphérique par l'intermédiaire d'un voile ( 7) conformé de manière à ménager entre le moyeu ( 6) et la denture un espace annulaire ( 8) dans lequel est disposé un palier unique ( 9) de support et de centrage du moyeu, ce palier formant partie inté- grante d'un corps de bottier ( 10,11,12) enveloppant la roue ou secteur et ouvert du côté opposé à l'arbre commandé ( 5), l'ouverture étant obturée par un couvercle amovible ( 15). 2 Réducteur de couple suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un indicateur de ro- tation ( 18) solidaire de la face externe dudit couvercle ( 15) lequel est constitué par un disque sensiblement plan solidaire en rotation de la roue ou secteur ( 4), ledit corps de b Ottler ( 10,11,12) étant destiné à être rapporté sur le corps du dispo- sitif commandé. 3 Réducteur de couple suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un secteur denté ( 4) dont le débattement angulaire est réglé à l'aide de vis-butées ( 19 a, 19 b, 19 c) portées par le secteur (côté couvercle 15) et coo- pérant avec des saillies ( 21) fixes disposées intérieurement au bottier et solidaires dudit corps de bottier ( 12). 4 Réducteur de couple suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit corps de bottier comporte une enveloppe externe ( 12) solidaire d'une embase ( 11) de fixa- tion du réducteur, ladite embase étant prolongée intérieure- ment au réducteur par un manchon ( 10) sur la face interne du- quel est usiné ledit palier unique ( 9), la résultante radiale ( 13) de l'effort transmis par la vis ( 1) au secteur ( 41 s'ap- pliquant sensiblement dans la partie centrale dudit palier ( 9). - Réducteur de couple suivant la revendication 4, ca- ractérisé en ce que ledit couvercle ( 15) est constitué par un disque sensiblement plan encastré sur le rebord externe du moyeu ( 6) et fixé en bout de l'arbre commandé ( 5), le rebord périphérique ( 17) du disque recouvrant 1 ' orifice ( 12 b) d'ac- cès à l'intérieur dudit corps de boitier ( 12). 6 Réducteur de couple suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit corps de bottier ( 12) com- porte une enveloppe externe solidaire d'une embase de fixation et dont la paroi externe comporte un prolongement intérieur tubulaire sur la face interne duquel est usiné ledit palier unique ( 9), le voile ( 7) du secteur ou roue étant déporté latéralement du côté du dispositif commandépar leditarbre ( 5). 7 Réducteur de couple suivant l'une des revendica- tiôns 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au droit de la vis sans fin ( 1) une réserve de graissage délimitée par une nervure de retenue ( 22) formant partie intégrante de l'em- base ( 11). 8 Réducteur de couple suivant l'une des revendica- tiôns 1 à 7, caractérisé en ce que le voile ( 7) reliant le moyeu ( 6) à la denture ( 3) est incliné sur l'axe du moyeu ( 6). 9 Réducteur de couple suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le voile ( 7) a une section en forme de L.