Brevet FR2545021A1 — publié le 19841102

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif d'entraînement comprenant au moins un pignon et une crémaillière. Plusieurs industries utilisent des vérins à crémaillère comportant, comme montré à la figure 1 du dessin annexé, une crémaillère 2 solidaire d'un piston 3 déplacé hydrauliquement ou pneumatiquement dans un cylindre, et engrenant avec unpignon 4. Le systéme pignon-crémaillère permet de transformer la pression P exercée sur la piston en un couple sur l'arbre du pignon 4. La pression P étant en général constante, le couple exercé sur l'arbre du pignon est également constant alors que très souvent, le couple résistant est variable dans des proportions très importantes, ce qui oblige à dimensionner les moyens de commande à la valeur maximale du couple, même lorsque le couple résistant possède une valeur inférieure. A titre d'exemple, la figure 8 représente la courbe CR du couple résistant de fermeture ou d'ouverture d'une vanne quart de tour. Comme représenté au dessin, le couple varie entre une valeur C1 à peu près constante sur la majeure partie de la course de fermeture et une valeur C2 sensiblement supérieure à C1 (C2 = 1,7 à 2 C1). Il convient donc que les moyens d'entraînement fournissent um couple au moins égal à C2. Il en résulte que l'aire hachurée correspond à un travail perdu du fait du surdimensionnement des moyens de commande. Une solution idéale consisterait dans l'obtention d'un couple moteur variable selon une courbe de forme correspondant à celle du couple résistant. Néanmoins, il n'est pas possible mécaniquement de réaliser en utilisant des techniques traditionnelles un couple pignon-crémaillère permettant de suivre parfaitement cette courbe. Le but de l'invention est de fournir un pignon 5 taillé "en spirale", de telle sorte que, partant d'un rayon R1, il possède, après pivotement sutour d'un axe 0. un rayon R2, d'une valeur égale à 1,7 à 2R comme montré à la figure 4. La crémaillère qui lui est associée doit également avoir une forme spéciale et notamment être inclinée par rapport à la direction de déplacement du piston dans le vérin. H1 se pose le problème du taillage du pignon du fait que les machines-outils connues donnent, dans le mouvement de génération du pignon par zon outil de taillage, une avance et une division constantes, alors qu'an moins l'une des deux devrait être variable, pour travailler sur des rayons de plus en plus grands. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients : A cet effet, le procédé qu'elle concerne consiste à tracer un arc de cercle correspondant sensiblement au profil du pignen à róaliser, à effectuer un taillage circulaire du pignon selon l'are de cercle ainsi défini pra pivotement du autour lu centre de celuici, a' dateriner le lien géométrique du contre de rotation de pignon lors du roulement sans glissement du pignon sur un plan, ce lieu géométrique étant sensiblement und droite formant un angle avec le lieu géométrique du centre de taillage au cours de ce même mouvement, cet angle étant égal à l'angle que doit faire la face active de la crémaillère avec la direction de de dé placement du piston an cours du mouvement d'engrenage avec le pignon Selon un mode de mise en oeuvre de ce procédé, l'are de cercle correspondant sensiblement au profil du pignon a réaliser est situé entre deux courbes passant par les deux rayons extrêmes souhaités du pignon, et tracés par passage du premier rayon au second rayon, respectivement, selon une progression arithmétique et selon une progression géométrique. Un dispositif obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé comprend au moins une crémaillère taillée dans un bloc de matière présentant un bord lisse parallèle à la direction de déplacement du piston, prenant appui sur une surface ou des plots parallèles à ladite direction, et un bord denté formant avec le bord lisse un angle ayant la valeur définie précédemment, la partie étroite de la crémaillère engrenant dans la zone de grand rayon du pignon, et sa partie large engrenant dans la zone de petit rayon du pignon. Selon une forme d'exécution, le pignon présente deux dentures symétriques par rapport à l'axe de rotation engrenant avec des crômailleres également symétriques par rapport a cet axe, actionnées simultanément en sens inverse l'une de l'autre. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en rôfôrence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce dispositif Figure 5 illustre le tract de l'axe de cercle selon lequel le taillage de la denture est réalisé ; Figure 6 est un schéma du mode de dôtermination de l'angle de la crémaillère avec la direction de dôplacement du piston de commande Figure 7 est une vue d'un pignon à une seule denture en position d'engrènement sur son petit rayon avec une crémaillère ; Figure 8 est une vue d'un pignon actionné par deux crémaillères, au moment où celles-ci agissent sur son grand rayon. Le but de l'invention est de fournir un procôdô de fabrication d'un pignon 5 susceptible de fournir un couple variable entre des valeurs C1 et C2 comme schômatisôes par la courbe CM de figure 3. Dans ce cas, la puissance perdue, correspondant à la surface hachurée est sensiblement inférieure à la puissance perdue dans le cas traditionnel de figure 2. Pour réaliser le taillage de la denture du pignon 5, il est tout d'abord procédé au tracé de deux courbes, respectivement 6 et 7, permettant de passer du rayon R1 au rayon R2, respectivement selon une progression arithmétique et selon une progression géométrique. Il est procédé au tracé d'un are de cercle 8 passant par les points extrêmes A et 3 et situé entre les courbes 6 et 7. Le centre 01 de cet arc de cercle va constituer le centre de taillage. Si l'on fait rouler sans glisser le pignon 5 sur une surface S par sa denture 9, on constate que le lieu des points du centre de taille sera constitué par une droite X passant par 01, 0'1, 0"1 et parallèle à S Pour sa part, le lieu des points du centre de rotation du pignon 0, 0', 0", sera constitué par une courbe Y pouvant être assimilée à une droite dans la mesure où la valeur de R2 ne dépasse pas environ 2 R1. Cette droite forme un angle c avec le lieu gécmétrique du point 01. La transposition au vérin à pignon-exémaillère est donc la suivante O est le centre fixe du pignon, le cercle de centre 01 est la ligne primitive d'une denture concentrique a 01 et tournant autour de 0, et S est la ligne primitive d'une crémaillère $solidaire d'un piston dont le déplacement est parallèle à la droite Y, la crémaillère étant elle-même guidée par des appuis ou guidages faisant un angle &alpha; avec sa ligne primitive. Il en résulte l'agencement suivant repréenté à la figure 7. A l'extrémité de la tige de piston 10 est montée une pièce 12 comportant un bord lisse 13 parallèle à la tige 10 venant en appui contre des plots 14 correspondant à une surface parallele a ladite direction le bord dent 15 de la crémaillère engrenant avec la denture 9 du pignon forme un angle &alpha; avec le bord lisse 13. Il faut noter que l'extrémité de faible largeur de la crémaillère engrène avec le grand rayon R2 du pignon, alors que son extrémité large est, pour sa part, susceptible d'engrèner avec le petit rayon R1. Les plots 14 assurent, outre le guidage de la crémaillère, l'encaissement des efforts radiaux exercés par le pignon sur celle-ci. La figure 8 représente un pignon 16 comportant deux dentures 9 symétriques par rapport à son axe de rotation 0, chaque denture engrenant avec une crémaillère 15, les deux crômaillères 15 étant symétriques et actionnées en sens inverse l'une de l'autre. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un dispositif d'entraînement par pignon et crémaillère, susceptible de fournir un couple variable à partir d'une source d'énergie de puissance constante. La réalisation des pie ces est simple, les approxima- tions intervenant notamment en l'utilisation d'une denture ménagée selon un are de cercle, ou l'assimilation en ce qui concerne le lieu des points du centre de rotation a une droite, étant tolérées par le jeu existant entre les dentures du pignon et de la crémaillère. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas au seul mode de mise en oeuvre de ce procédé, ni au seul dispositif,dôcrits ci-dessus a titre d'exemples 9 elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. - REVENDICATIONS 1. - Procédé de fabrication d'un dispositif d'entraînement comprenant au moins un pignon et une crémaillère, caractérisé en ce qu'il consiste à tracer un are de cercle (8) correspondant sensiblement au profil du pignon à réaliser, à effectuer un taillage circulaire (9) du pignon (5) selon l'arc de cercle ainsi défini par pivotement autour du centre (01) de celui-ci, à déterminer le lieu géométrique du centre de rotation (0) du pignon lors du roulement sans glissement du pignon sur un plan, ce lieu géométrique étant sensiblement une droite formant un angle (&alpha;) avec le lien géométrique du centre de taillage au cours de ce même mouvement, cet angle (c) étant égal à l'angle que doit faire la face active (15) de la crémaillère (12) avec la direction de déplacement du piston au cours du mouvement d'engrenage avec le pignon. 2. - Procédé selon le revendication 1, caractérisé en ce que l'are de cercle (8) correspondant sonsiblement au profil du pignon à réaliser est citué entre deux courbes (6) (7) passant par les deux rayons extrêmes souhaités du pignon, et tracés par passage du premier rayon (R1) au second rayon (R2), respectivement selon une progression arithmétique et selon une progression géométrique. 3. - Dispositif obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque do revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une crémaillère (12) taillée dans un bloc de matière prôsentant un bord lisse (13) parallèle à la direction de déplacement du piston, prenant appui sur une surface ou des plots (14) parallèles à ladite direction et un bord denté (15) formant avec le bord lisse (13) un angle ayant la valeur définie précédemment, la partie étroite de la crémaillère engrenant dans la zone de grand rayon du pignon,- et sa partie large engrenant dans la zone de pet rayon du pignon. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pignon présente deux dentures (9) symétriques par rapport à l'axe de rotation (0) engrenant avec des crémaillères (15) également symétriques par rapport à cet axe, actionnées simultanément en sens inverse l'une de l'autre.