Brevet FR2556069A1 — publié le 19850607

La présente invention - concerne un mécanisme à entrée et sortie rotatives ayant une grande souplesse cinématique et d'excellentes caractéristiques de maintien au repos. Lors de l'entraînement de mécanismes par un organe rotatif, il est souvant souhaitable d'obtenir une sortie rotative cycloidale qui, pendant un cycle, a une caractéristique de repos qui, en pratique, permet le char- gement ou le déchargement d'une pièce pendant le repos. Un mécanisme ayant une grande souplesse cinématique permet- tant son adaptation à diverses applications est aussi très souhaitable. L'invention concerne un mécanisme ayant une souplesse cinématique très grande. Elle concerne aussi un tel mécanisme ayant des caractéristiques de repos supérieures à celles d'un méca- nisme classique à entraînement épicycloidal. Elle concerne aussi un mécanisme dans lequel une simple came peut être utilisée comme vernier pour la modi- fication des caractéristiques de sortie d'un entraînement épicycloldal connu. Elle concerne aussi la combinaison du mécanisme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 018 090 à un entraînement épicycloidal perfectionné: comme indiqué précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un exemple de mécanisme selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1; - la figure 4 est une vue de bout suivant les flèches 4 de la figure 1; la figure 5 est une coupe transversale développée suivant la ligne 5-5 de la figure 4; la figure 6 est un schéma cinématique utile pour la définition de divers paramètres et de diverses variables; la figure 7 est un graphique représentant à titre d'exemple des caractéristiques de déplacement à proximité du début d'un cycle; la figure 8 est un graphique représentant la vitesse de sortie en fonction de l'angle d'entrée pour le même jeu de paramètres que dans le cas de la figure 7; la figure 9 est analogue à la figure 4 mais représente une variante de mécanisme destiné à provoquer une oscillation d'une couronne dentée; la figure 10 est une coupe transversale suivant la ligne brisée 10-10 de la figure 9; et la figure 11 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation de l'invention mettant en oeuvre des axes décalés d'entrée et de sortie conformément au bre- vet des Etats-Unis d'Amérique n 4 018 090. On se réf ère aux figures 1 à 3. Un carter porte un arbre 22 par l'intermédiaire de paliers 24 autour d'un axe A; une couronne dentée 26 est elle-même montée concen- o triquement sur l'arbre 22 ou est montée afin qu'elle soit concentrique à cet arbre. Un ensemble porte-satellite comporte une plaque 28 et un boîtier 30 qui y est boulonné. Ce porte-satellite 28, 30 est monté sur l'arbre 22 par des paliers 32 et 34 et tourne aussi autour de l'axe A o. La périphérie de la plaque 28 forme des dents d'engrenage qui peuvent être en prise avec un pignon d'entrée 36 monté sur un arbre 38 qui tourne dans des paliers 40 et 42 montés dans une saillie 44 disposée sur le carter 20. L'arbre 38 est entraîné en rotation par une source motrice externe telle qu'un moteur électrique réver- sible et un réducteur, muni d'un frein convenable (non représenté) destiné à être utilisé à la fin de la course. La rotation de l'arbre 38 provoque la rotation du porte- satellite 28, 30 autour de l'axe fixe Ao.- Un satellite 46 formé de manière qu'il soit 2S56069 en prise avec la couronne 26, est monté sur un arbre,28 qui est lui-même monté sur le porte-satellite 28, 30 par l'inter- médiaire de paliers 50 et 52. Le satellite tourne sur l'axe mobile A1 lorsque le porte-satellite 28, 30 tourne autour de l'axe Ao o Une plaque excentrique 54 de support est montée sur l'arbre 48 et un arbre excentrique 58 en dépasse suivant un axe A2 décalé par rapport à l'axe A1. Un bloc 58 formant coulisseau est monté afin qu'il puisse tourner sur l'arbre excentrique 56 et il peut lui-même coulisser dans une fente 60 d'un étrier 62 de sortie (figure 3). Cet étrier 62 est monté sur un arbre 64 de sortie qui tourne dans des paliers 66 et 68 montés dans le carter 20. L'arbre 64 et l'étrier 62 tournent aussi autour de l'axe Ao, c'est- à-dire concentriquement à la rotation du porte-satellite. Le mécanisme décrit jusqu'à présent, et dans l'hypothèse o l'arbre 22 et la couronne 26 sont maintenus fixes par rapport au carter 20, est déjà connu et est appelé entraînement épicycloidal. On considère donc mainte- nant un premier mode de réalisation de l'invention. Les figures 1, 4 et 5 indiquent qu'un pignon 70 est aussi monté sur l'arbre 38 d'entrée et est en prise avec un pignon 72 monté sur un arbre 74 qui tourillonne dans des paliers 76 et 78 placés dans une saillie 80 qui fait partie du carter 20. Le pignon 72 et l'arbre 74 tour- nent autour d'un axe fixe A4. Une manivelle 82 est montée excentriquement sur un axe A5 monté sur le pignon 72 et une bielle 84 tourillonne sur cet axe et a une autre extré- mité raccordée par un axe 86 de pivotement à un levier 88 monté à l'extrémité externe de l'arbre 22 de montage de la couronne. On peut donc noter que, lorsque l'arbre 38 d'en- trée tourne sous la commande d'un dispositif externe d'-en- trainement, le pignon 70 entraîne le pignon 72 et provoque la transmission par la manivelle 82 d'un mouvement oscillant au levier 88 par l'intermédiaire de la bielle 84. Ce mou- vement oscillant se transmet à la couronne 26 par l'intermé- diaire de l'arbre 22. L'amplitude de ce mouvement oscillant est réglé par la distance comprise entre les axes A4 et A5, et sa fréquence est déterminée par le rapport d'engre- nage des pignons 70 et 72 comparés au rapport d'engrenage du pignon 36 et de la partie dentée de la périphérie de la plaque porte-satellite 28. Dans le cas des proportions représentées sur les figures 1 et 2, le satellite 46 a le même diamètre primitif que la couronne 26; en consequence, l'axe central A2 de l'arbre excentrique 56 coïncide à peu près avec le cercle primitif du satellite 46 comme représenté et d'une manière qui convient dans la plupart des applications. Le système mécanique décrit préCédemment peut être analysé mathématiquement, comme l'indique la figure 6. Le rayon du satellite 46 est pris arbitrairement égal à l'unité, et fixe ainsi l'échelle du mécanisme. D'autres variables-sont les suivantes: - R est le rayon de la couronne 26, O0 est un point qui représente le- centre de- la couronne 26, Q est un point qui désigne le centre du satallite 46 représenté dans une position initiale QO et dans une seconde position Q2 - P est un point désignant le centre de l'arbre excentrique 56 représenté dans trois positions Po, P1 et P2 comme décrit dans la suite, K est la distance radiale comprise entre les points Q et P, et elle est indiquée pour deux valeurs K1 et K2, et C est l'axe reliant le point O au point Q, et est indiqué dans deux positions C0 et C1. Les divers angles sont définis au cours de l'ana- lyse suivante. Au début d'un cycle déterminé, les points O, P et Q sont colinéaires, P étant entre les points Q et O. Ces points sont appelés O, Po0 et Q0 sur la figure 6; l'axe C qui passe par eux est appelé C. Tous les mouvements et angles ultrieurs sont mesurs par rapport cette posi- et angles ultérieurs sont mesurés par rapport à cette posi- tion de base. En d'autres termes, le centre P de l'arbre excentrique 56 se trouve sur une ligne reliant le centre O de la couronne 26 au centre Q du satellite 46 et entre ceux-ci, dans la position de base ou initiale des mouvements décrits dans la suite. Le mouvement total de sortie transmis à l'étrier 62 est créé par deux sources: la rotation du porte- satellite qui provoque le roulement du satellite sur la couronne, et l'oscillation de la couronne comme décrit précédemment. Ces deux effets sont considérés séparément et leurs résul- tats sont superposés. Il faut supposer d'abord que la couronne est maintenue fixe et que le satellite tourne d'un angle 8/R provoquant un déplacement de l'axe C de Co à C1. Le satel- lite tourne donc d'un angle O par rapport à l'axe C. Cet angle O est appelé "angle d'horloge" car il a une valeur de 360 à la fin d'un cycle, c'est-à-dire lorsque le satallite a fait un tour complet et le point est revenu à une position de base. Après rotation du satellite de l'angle 0, le point P se déplace de P à P et K atteint la position A1. Le mouvement de sortie créé dans l'étrier représente l'angle compris entre les droites OPo et OP1, appelé U1. L'angle U. L'agl P OQ2 est alors égal à: K sin8 arc tg(R + 1 - K cosO8 Le mouvement de sortie U (dans le cas d'une O couronne fixe) est donc égal à: U = - arc tg (R + - K cos 8) (1) A partir de cette position, l'effet de la rotation de la couronne est superposé. La couronne tourne d'un angle 6 dans le sens des aiguilles d'une montre sur la fi- gure 6. Pour cette superposition, on suppose que le porte- satellite et la droite C1 sont fixes. La rotation de la couronne d'un angle 6 dans le sens des aiguilles d'une montre provoque la rotation du satellite d'un angle Rd dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Le point P passe de P1 à P2 et K de K1 à K2. Le mouvement total de sortie présenté par l'étrier de sortie à la suite de cette superposition est l'angle formé par les droites OP o et 0P2, comme indiqué par U1. On peut noter les relations suivantes: - e U = 0 (2) K sini = 8 - R (4) La combinaison des équations (2), (3) et (4) donne le mouvement total de sortie en fonction de O et: e -=-( - arc tg K sin (O - Rf)) = - arc tg (R + 1 - Kcos (e - Rd) L'angle 6 est lui-même un angle variant cycli- quement dont la valeur est déterminée par l'excentricité de la manivelle 82 par rapport à l'axe central de l'arbre 74 (figure 4) et par les distances comprises entre l'axe 86 et l'arbre 22 sur le levier 88; sa vitesse de variation est déterminée par les rapports d'engrenage des pignons 70 et 72, des pignons 36 et 28 et du satellite 46 et de la couronne 26. Ces divers rapports peuvent être combinés en un seul facteur N tel que le pignon 72 effectue N tours par tour du satellite 46. L'amplitude maximale d'oscillation pour l'angle 6 est appelée A et est déterminée comme décrit précédemment. En conséquence, la valeur instantanée de 6 peut être représentée, avec une très bonne approximation, par l'expression: 6 = A sin (NO + a) (6) dans laquelle a est l'angle de phase. Lorsque 6 est égalà 0 lorsque 0 = 0 (pas d'angle de phase), on obtient: 6= A sin (NO) (7) 255 G0O69 La combinaison des équations (7) et (5) donne alors: e, Ksin[e-RAsin(Ne)] U1 = arc t [R+l-KcosL[-Râsin(N)]) ( 8) L'introduction d'une oscillation de la couronne, dans le mécanisme décrit précédemment donne divers résultats. Un exemple est l'amélioration du repos de l'organe de sortie d'un côté ou de l'autre de la position de base. Dans de nombreuses applications, un repos absolu de l'organe de sortie n'est pas nécessaire pendant le repos, mais un léger basculement est acceptable. L'effet d'une faible- oscillation de la couronne qui réduit ce mouvement de bas- culement de l'organe de sortie pendant le repos est repré- senté sur la figure 7 qui permet la comparaison des caracté- ristiques de repos dans trois circonstances décrites dans la suite du présent mémoire. Dans le cas des trois courbes A, B et C, la valeur de R est égale à 1, c'est-à-dire que le satellite et la couronne ont une même dimension et le satellite fait un tour par rapport au porte-satellite pour chaque tour de ce dernier autour de la couronne. La courbe A est une courbe de référence et elle représente l'équation (1) pour K = 1,02234 alors que Uo0, la sortie, est indiquée en radians; U0 atteint donc une valeur égale à 2Â (6,28) après un cycle complet. La valeur de K (1,02234) a été déterminée de manière que Uosoit égal à 0 pour l'angle arbitrairement choisi e = 12 qui nécessite une technique de calcul par itération. Ainsi, UO = 0 pour e = 12 et en outre, on peut noter que U0 = O pour 0 = 0. Le déplacement de sortie U a donc une valeur égale à zéro en trois points très rapprochés 0 = -12 ,- 0 et +12 , avec une amplitude maximale intermédiaire de + 0,0037, par rapport à 6,28 pour un cycle complet. L'organe de sortie pivote donc d'une amplitude égale à + 0,0589 % de la course totale par cycle pour un mouvement de satellite de + 12 . La courbe B représente le comportement, calculé d'après l'équation (8) avec R = 1 comme précédemment, mais pour N =2 et A = 0,1. Dans ces conditions, on a-cons- taté que, pour U1 = 0à = +12, K 1,12544, toujours à l'aide de techniques d'itération. A l'aide de ces valeurs de R, N, A et K, portées dans l'équation (8), la courbe B correspond à la même plage d'entrée que la courbe A. On note que le pivotement maximal à la sortie est + 0,00245 (par rapport à une course du cycle de 6,28) pour une même plage à l'entrée, soit une amélioration d'un tiers par rapport à un mécanisme dans lequel la couronne est fixe. Le fait que N = 2 est représenté mécaniquement- par des rapports d'engrenage tels que le pignon 72 tourne de deux tours par tour du satellite par rapport au porte-satellite, et, comme A = 0,1- et R = 1, l'amplitude maximale d'oscillation de la couronne est égale à 0,1 radian, comme déterminé par la tringlerie oscillante d'entraînement représentée sur la figure 4. La courbe C d'entrée indique le comportement, cal- culé toujours d'après l'équation (8) pour R = 1 et A = 0,1 comme précédemment mais avec N = 3 (et non 2 comme dans le cas de la courbe B). Dans ces conditions, on calcule que K doit être égal à li17853 afin que U1 = 0 à 0 = + 120, toujours par des techniques d'itération. La courbe C montre que le déplacement maximal de sortie, pour la gamme d'entrée de + 12 , est de 0,00055, toujours par rapport à 2E. Il s'agit d'une amélioration de 85 % ou une réduction de 85 % du pivotement de sortie par rapport à la courbe A qui correspond à une couronne fixe. Mécaniquement, le système est comme celui de la courbe B mais les rapports d'engrenage sont tels que le pignon 72 fait trois tours par tour du satellite par rapport au porte-satellite. L'addition d'une faible oscillation sinusoïdale, appliquée à la couronne par le mécanisme de la figure- 4, peut donc être très utile pour la réduction de l'oscil- lation ou du basculement à la sortie, dans une zone prédé- terminée de repos, qui, dans le cas de la figure 7, a été considérée arbitrairement comme comprise entre + 12 et - 12 d'angle d'horloge. Les courbes de la figure 7 sont évidemment un simple exemple. 2556SO69 Les courbes de la figure 8 représentent la varia- tion de la vitesse relative, celle-ci étant le rapport de la vitesse instantanée à la vitesse moyenne dans un cycle donné, un cycle représentant un tour du satallite. Les données nécessaires au tracé de ces courbes ont été calculées par différentiation numérique donnant la vitesse relative instantanée. La courbe A de la figure 8 représente la vitesse du système représenté par la courbe A de la figure 7, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une courbe de référence corres- pondant à un système dans lequel la couronne est maintenue fixe et dans lequel R = 1 et K = 1,02234. Les courbes B et C de la figure 8 représentent à leur tour les caracté- ristiques de vitesse des mêmes mécanismes, par rapport aux caractéristiques de déplacement autour du repos indi- quées par les courbes B et C de la figure 7. Les trois courbes sont symétriques par rapport à l'angle d'horloge de 180 .On peut noter sur ces courbes que l'oscillation de la couronne crée aussi une faible variation de vitesse dans tout le cycle, mais, dans de nombreuses applications, ceci est un compromis acceptable compte tenu de l'amélio- ration des conditions de repos. Les figures 9 et 10 représentent une variante de dispositif destinée à faire osciller la couronne. La figure 9 est analogue à la figure 4 et elle représente un mécanisme externe destiné à transmettre un déplacement contr6ôlé à la couronne 26. Le pignon 70 monté sur l'arbre d'entrée 38 est en prise avec un pignon 92 monté sur un arbre 94 qui tourillonne, par l'intermédiaire de paliers 96 et 98, dans une saillie 100 qui fait partie du carter 20. - Une gorge de came 102 est découpée dans une face du pignon 92. Un galet 104 formant toucheau de came se déplace dans cette gorge 102 avec peu de jeu; le galet 104 est monté à l'extrémité externe d'un levier 88A qui est monté à l'extrémité externe de l'arbre 22 dont l'extrémité interne porte la couronne 26. Le rapport du pignon 70 et du pignon 92 est en général, bien que cela ne soit pas nécessaire, 1 0 tel que le pignon 92 fait un tour par tour du satellite par rapport au porte-satellite. On note donc que la gorge de came peut donner tout diagramme prédéterminé raisonnable de déplacement de la couronne à chaque cycle. Ceci permet alors une plus grande souplesse de réalisation permettant l'obtention d'une ou plusieurs des caractéristiques sui- vantes: un repos à la sortie qui est un repos véritable sans aucun pivotement, une légère réduction de l'accéléra- tion maximale, ou une faible réduction de la vitesse de pointe, ou l'obtention d'une vitesse constante sur la moitié du cycle environ. En fait, la camejpeut être utilisée afin qu'elle joue le rôle d'un vernier par rapport aux caractéristiques fondamentales du système (couronne fixe), représentées par les courbes A des figures 7 et 8. Le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n 4 018 090 décrit un mécanisme dans lequel certains perfectionnements souhaitables peuvent être apportés par décalage de l'axe de l'arbre de sortie par rapport à l'axe de la couronne et du porte-satellite. Ce mécanisme est représenté en coupe longitudinale sur la figure 11, avec la couronne oscillante selon l'invention. On note que le mécanisme de la figure 1 est identique à celui des figures 1 à 3, mis à part le décalage de l'axe de sortie A3 du boîtier 20A par rapport à l'axe de la couronne Ao- L'organe 62A est modifié afin qu'il permette ce décalage. Si la couronne était maintenue fixe, ce mécanisme serait identique à celui qui est décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n 4 018 090 et aurait les caracté- ristiques cinématiques indiquées. Le mécanisme de la figure 11 peut être combiné au mécanisme d'oscillation de couronne des figures 4 et 5 ou à celui des figures 9 et 10, si bien que les effets cinématiques du décalage de l'axe, décrits dans le brevet précité, peuvent être combinés aux effets de la couronne oscillante, décrite précédemment. Ceci donne manifestement un mécanisme ayant une plus grande souplesse cinématique. REVENDICATIONS 1. Mécanisme réversible et intermittent de - posi- tionnement, ayant une entrée rotative et une sortie rotative, avec des caractéristiques cinématiques variables, caracté- risé en ce qu'il comprend: (a) un châssis, (b) un organe de réaction (26) à pignon monté afin qu'il oscille dans le châssis et concentrique à un premier axe (Ao), (c) un porte-satellite (28) monté afin qu'il tourne dans le châssis et tournant autour du premier axe, (d) un satellite (46) monté afin. qu'il tourne dans le porte-satellite et tournant autour d'un axe (A1) de satellite décalé par rapport au premier axe et destiné à être en prise avec l'organe de réaction, (e) un arbre excentrique (56) monté sur le satel- lite et concentrique à un troisième axe (A2) décalé par rapport à l'axe du satellite, (f) un organe de sortie (64) monté dans le châssis et tournant autour d'un axe de sortie, en prise avec l'arbre excentrique (56) , (g) un dispositif destiné à faire osciller l'or- gane de réaction (26), et (h) un dispositif d'entraînement du satellite (28) autour du premier axe et d'entraînement du dispositif- d'oscillation, si bien que le satellite (46) tourne et l'organe de réac- tion (26) oscille autour du premier axe avec une relation prédéterminée. 2.. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'oscillation comporte: (a) un dispositif à manivelle (82) entraîné par le dispositif moteur d'entrée, (b) un levier (88) monté sur l'organe de réac- tion (26), et (c) une bielle (84) reliant le dispositif à manivelle au levier. 2556G069 3. Mécanisme selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le dispositif à manivelle. (82) tourne d'un nombre entier de tours pour chaque tour du satellite (46) par rapport au porte-satellite (28-). 4. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'oscillation comporte: - (a) une came (102) entraînée par le dispositif moteur d'entrée, (b) un levier (88A) monté sur l'organe de réac- tion, et (c) un toucheau de came (104) monté sur le levier et entraîné par le dispositif à came. 5. Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif à came (102) tourne d'un tour par tour du satellite (46) par rapport au porte-satellite (28).