Brevet FR2605700A1 — publié le 19880429

"Denture pour une liaison arbre/moyeu" L'invention concerne une denture pour réaliser une liaison libre et coulissante et pour transmettre un couple entre deux pièces disposées coaxialement l'une dans l'autre, par exemple une pièce intérieure du côté de l'arbre et qui définit le plus petit diamètre extérieur et une pièce extérieure du coté du moyeu qui définit le plus grand diamètre intérieur de la denture, avec en outre un nombre de dents dont la hauteur de dent dépend des diamètres ci-dessus et ayant des flancs de dents droits qui s'attaquent l'un par rapport à l'autre suivant un angle d'attaque et présentent des rayons de courbure, de talon et de tête. De telles dentures sont habituellement réalisées par fraisage avec roulement, par refoulement ou par brochage. Une telle fabrication avec enlèvement de copeaux permet de réaliser de manière très precise en particulier des pièces massives. Fréquemment, on choisit une telle denture également pour des structures dans lesquelles certes la partie de l'arbre est massive mais la partie de moyeu se compose de plusieurs disques en tôle mince, par exemple dans le cas d'embrayages à lamelles dont les lamelles doivent être coulissantes axialement sur l'arbre pendant leur mise en oeuvre. En dehors des transmissions de tels embrayages sont également prévus fréquemment dans la transmission de véhicules à moteur à combustion interne. Fréquemment, de tels embrayages doivent satisfaire à des conditions particulières de précision et de fonctionnement silencieux du fait du comportement caractéristique aux vibrations tournantes du moteur. La denture connue selon la norme DIN 5461 comporte des dents droites à la fois sur l'arbre et sur le moyeu et les flancs des dents sont parallèles. Dans le cas de dentures en deux parties qui ne doivent pas s'appuyer solidement l'une sur l'autre, comme par exemple une bride sur un arbre de transmission, mais doivent rester mobiles axialement, il faut une denture avec du jeu. Mais, de ce fait, une fois le jeu des deux flancs dépassé, les dents qui ne sont parallèles que dans le cas idéal, arrivent l'une sur l'autre après un angle de rotation dépendant du jeu. Comme en outre les deux pièces présentent toujours le même angle d'attaque, le contact ne se produit que sur les arêtes au lieu de se faire sur les surfaces plus grandes après déformation ou une certaine usure, en particulier si la denture présente un centrage intérieur ou extérieur. La norme DIN 5480 concerne une denture avec un profil en développante dont le profil de référence est trapézoidal et qui génère, lors de la fabrication par le procédé de roulement sur la partie d'arbre, un flanc de dent en développante. Pour la partie de moyeu qui dans le cas d'un embrayage à lamelles se compose également de disques minces, il faut que l'outil de matriçage présente un profil adapté de manière precise à la denture de l'arbre. Pour cette denture qui s'utilise également pour le centrage extérieur, le centrage intérieur ou le centrage des flancs, il se produit, du fait du jeu nécessaire et conditionné par la fabrication, lors de la transmission du couple, un appui unilatéral sur les arêtes car à la fois l'arbre et le profil du moyeu ont le même contour suivant la norme. Dans ce cas, il faut remarquer que ces dentures, contrairement à une denture courante de pignon denté, présentent un nombre plus grand de dents plus petites, et dont la forme des dents est totalement différente, en particulier la denture intérieure du moyeu. La dent présente de petits rayons de courbure au niveau du talon et de la tête. Cela exige un outil de matriçage coûteux et fragile et néanmoins on ne peut fabriquer les parties de moyeu qu'avec de grandes tolérances et après une déformation gênante au niveau des arêtes de coupe (retrait de matriçage). Pour arriver à une plus grande précision des deux pièces il faut un usinage de finition, par enlèvement de copeaux, coûteux. Un jeu trop grand dans l'embrayage constitue la cause de bruits de battement désagréables et d'une usure précoce. On connaît en outre selon le brevet FR 1 560 270 une denture pour transmettre un couple. Les flancs de dents ne présentent toutefois pas de surface plane mais se composent de courbes et le cercle intérieur passe directement dans le cercle extérieur. Entre la partie de moyeu et la partie d'arbre on ne peut avoir qu'un contact linéaire. Le document DE-AS 26 36 382 décrit une denture dont les dents se composent respectivement de deux parties de flancs faisant entre elles un certain angle et il n'y a aucun rayon de transition au niveau du sommet ou du pied ou du point de passage entre les parties de flancs. De manière intentionnelle, cette denture ne se propose pas de réaliser un contact par des surfaces mais un contact linéaire entre la partie du moyeu et la partie d'arbre. On connaît également un document décrivant une denture qui ne comporte que des flancs de dents arrondis et ne permet ainsi qu'un contact linéaire. Ces derniers documents ne concernent que des têtes à six pans de vis et ne satisfont pas de ce fait aux conditions posées aux liaisons arbre-moyeu quant à la précision du centrage, à la possibilité de transmission d'efforts par les flancs et à la résistance à l'usure. La présente invention a pour but de créer une denture pour deux pièces coaxialement l'une dans l'autre et susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre pour transmettre un couple qui remédie aux inconvénients ci-dessus, présente une grande inertie et une bonne précision de centrage et qui puisse se réaliser avec des tolérances strictes de manière économique. A cet effet, l'invention concerne une denture du type ci-dessus caractérisée en ce que: a) le rayon de courbure au pied de la dent et au sommet de la dent correspond à une valeur comprise entre un et deux fois la hauteur de dent, b) l'angle d'attaque est situé dans une zone comprise entre 45 et 70 , c) entre les dents de la partie située du côté de l'arbre et des dents de la partie située du côté du moyeu, il existe un jeu entre les dents et l'angle d'attaque de la denture d'arbre et supérieur à l'angle d'attaque de la denture de moyeu d'une valeur qui corres- pond au demi-angle de rotation après avoir dépassé le jeu des flancs entre l'arbre et le moyeu. Selon l'invention, on a ainsi une denture avec une dent de faible hauteur et large à flancs droits, grand rayon de courbure extérieur au niveau du sommet et du pied et un angle d'attaque important. De ces carac- téristiques il résulte que le pas de la denture est toujours relativement grand, de préférence supérieur à trois fois la hauteur des dents. Selon l'invention, les rayons de courbure au niveau de la dent et du sommet de la dent correspondent respectivement à une fois Jusqu'à deux fois la hauteur d'une dent. Dans le cas des dentures connues, on n'a toujours qu'un rayon de courbure relativement faible qui est choisi indépendamment de la hauteur des dents. Le flanc des dents est avantageusement compris, selon l'invention, entre 50 et 70 , de préférence entre 55 et 65 , c'est-à-dire qu'il correspond sensiblement au double des dents connues. Il est en outre important selon l'invention que l'angle d'attaque des dents du moyeu soit légèrement plus faible que celui des dents de l'arbre. La différence entre les angles d'attaque est choisie de façon que le contact des dents le long de l'ensemble des flancs droits des deux pièces ne s'établisse qu'après que le jeu des flancs nécessaire et conditionné par la fabrication ait été dépassé après action du couple entre les pièces, c'est-à-dire après la rotation conditionnée par le jeu des deux pièces. La denture réalisée avec de tels paramètres présente les avantages suivants: Il s'agit d'une denture centrée sur les flancs et ayant une résistance particulièrement élevée permettant de transférer la force périphérique, de manière complète, par des surfaces planes, importantes au niveau des flancs des dents. Les dents ne subissent qu'une faible déformation du fait de la forme écrasée des dents et des grands rayons de courbure au niveau du pied des dents; cela se traduit par une très grande fiabilité et une très grande précision de centrage ainsi que par un fonctionnement silencieux. Etant donné le pas important des dents et les rayons de courbure, il est possible de réaliser les dentures à l'aide d'une fraise d'arbre dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe de la denture. Dans ce procédé de fabrication qui convient bien à des machines commandées par programme, il n'est plus nécessaire de prévoir à la fin de la denture, une sortie pour une fraise par roulement, habituelle ou un outil de refoulement; cela se traduit par une réduction de la longueur des pièces et une simpli- fication constructive. Si pour fabriquer la partie de moyeu (dans la mesure o il s'agit d'un paquet de lamelles de tale mince) on choisit de nouveau un procédé de matriçage; on arrive également dans ce cas à une meilleure qualité de fabrication avec une moindre déformation au niveau des arêtes du fait de la forme écrasée des dents et du grand rayon de courbure du pied; on a choisi une plus grande résistance des surfaces de contact et de plus un outil de matriçage plus simple de plus grande fiabilité. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réa- lisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre la structure géométrique de la denture, la figure 2 montre la denture avec du jeu au niveau des flancs, - la figure 3 montre la denture en position moyenne après rotation d'un angle égal à b/2. A la figure 1 on a représenté la structure géométrique de la denture selon l'invention comprenant un arbre 1 et une dent 2 située du côté de l'arbre ainsi qu'un moyeu 3 et une dent 4 du moyeu dans le cas du mode de réalisation avec un nombre infini de dents, c'est-à-dire un développement rectiligne sans jeu des flancs à la manière d'une crémaillère, selon une coupe transversale perpendiculaire à l'axe de l'arbre. Le plus grand diamètre extérieur D dépend de l'encombrement dans le moyeu 3 et le plus petit diamètre d est défini par l'arbre 1. La hauteur h des dents est déterminée ainsi par la demi-différence du diamètre extérieur D et du diamètre intérieur d. T représente le pas de la denture; ce pas est supérieur au triple de la hauteur des dents h; de manière avantageuse le pas correspond à cinq fois la hauteur h des dents. Le sommet de la dent présente un seul rayon de courbure 5; le pied de la dent est arrondi suivant un seul rayon de courbure 6; en théorie, le rayon de courbure de l'arbre correspond au rayon de courbure du sommet du moyeu et inversement. Les deux rayons de courbure du sommet et du pied 5, 6, sont reliés par un flanc de dent 7, droitqui se transfère tangentiellement respectivement sur les deux rayons. Les deux rayons de courbure 5, 6 correspondent respec- tivement entre une et deux fois et de préférence une fois et demie la hauteur de dent h. Les flancs de dents 7 de la dent du moyeu et de la dent de l'arbre sont en prise suivant un angle de prise'' selon l'application de ces paramètres, angle compris entre 45 et 70 et de préférence entre 55 et 65 . La valeur limite inférieure du rayon du pied 6 est formée par le diamètre de la fraise ou de l'outil servant à réaliser la denture. La limite supérieure est définie par la relation géométrique entre le flanc de la dent qui correspond à la tangente entre le rayon de courbure du sommet et le rayon de courbure du pied, et qui diminue suivant que les rayons 5, 6 augmentent. Les rayons 5, 6 sont choisis de façon qu'entre les points de jonction 8 entre les rayons 5, 6 des flancs 7 on a une droite et ainsi une surface sur toute la dent, surface dont la longueur radiale r correspond environ à 0,6 fois la hauteur de dent h. Cette surface est plane et correspond à la surface de contact proprement dite par laquelle la force périphérique est transmise par toute la surface de l'arbre sur le moyeu. Pour assurer un support de la denture exclu- sivement sur les flancs 7, et pour éviter tout contact entre la zone du sommet, par exemple des dents 2 de l'arbre et la zone du pied des dents 4 du moyeu, les rayons de courbure du sommet et du pied 5, 6 peuvent être différents. Il est en outre possible de réduire le sommet par exemple sur l'arbre 1 au diamètre 9, cette réduction étant telle que la zone droite des flancs 7 reste conservée dans toute son expansion. Cette réduction convient en parti- culier pour les dents situées sur l'arbre. Une autre forme de réduction du sommet consiste à prévoir au point de jonction 8 du rayon de courbure du sommet 5 un rayon 10 plus petit qui est rejoint par une partie rectiligne 11 jusqu'au milieu des dents et se prolonge symétriquement jusqu'au flan arrière 7. Cette forme de réduction de la tête convient avant tout pour les dents 4 du moyeu, en particulier lorsque le moyeu est formé d'un paquet de lamelles en tôle matricée, mince. De manière préférentielle, le rayon 10 est égal ou supérieur à l'épaisseur de la tôle formant les différentes lamelles. On assure ainsi qu'il ne se forme seulement un très faible retrait de matriçage, c'est-à-dire une déformation au niveau des arêtes matricées de la tôle; cela entraîne à son tour une augmentation de la partie portante de la surface. Comme contrairement à l'état de la technique, entre les flancs 7 des deux pièces, on a un contact sur toute la surface, on crée de cette manière de la place pour un agent de graissage et pour le dépôt de particules de crasse. La figure 2 montre une vue de la zone des flancs entre l'arbre 1 et le moyeu 3, arrondis, dans la disposition autour d'un axe central, et qui est proche de la réalisation pratique et détaillée. La figure montre la situation dans laquelle d'un côté de la dent 2, les flancs 7 du moyeu et de l'arbre se touchent par des surfaces alors que de l'autre c8té apparaît l'ensemble du jeu 12 des flancs. La dent 2 de l'arbre 1 présente une forme de dent qui correspond au paramètre décrit à la figure 1. Entre la dent 2 de l'arbre et la dent 4 du moyeu on a le jeu 12 des flancs nécessaire au fonctionnement de la denture et conditionné par la fabrication. Cela se traduit par une possibilité de rotation relative entre l'arbre et le moyeu. Mais à un angle de rotation'b correspond une différence par rapport à la position parallèle au niveau des deux flancs correspondants 7 des dents de l'arbre 2 et des dents du moyeu 4. Lorsque les deux pièces sont réalisées avec des dents géométriquement identiques, il n'est absolument pas possible d'avoir un contact de toute la surface entre les flancs 7; au contraire, on a un contact linéaire et les inconvénients liés à celui-ci. Selon l'invention, les dents 2 de l'arbre présentent par rapport à l'intervalle entre les dents 4 du moyeu, un angle d'attaque '' plus grand qui tient compte de la rotation relative des pièces 1 et 3 après avoir dépassé le jeu 12 des flancs sous l'effet du couple. Ainsi, l'angle d'attaque ''de la dent 2 de l'arbre se compose de l'angle d'attaque ''entre deux dents du moyeu et de la moitié de l'angle de rotation c'està-dire b/2. Si le jeu 12 des flancs, c'est-à-dire l'ensemble de l'angle de rotation"'b"est dépassé, les flancs 7 des dents de l'arbre et du moyeu qui se touchent se recouvrent sur toute leur longueur. Le choix de l'amplitude du jeu 12 des dents (selon l'angle b) qui correspond au double de la différence entre l'angle d'attaque'"'et l'angle d'attaque '", dépend de la qualité de la fabrication de la denture 4 du moyeu et de la denture 2 de l'arbre ainsi que du jeu minimum souhaité entre les deux pièces. Du fait que l'on tient compte du jeu 12 des dents lors de la détermination de l'angle d'attaque"d'des dents 4 du moyeu on arrive à une grande précision de centrage et à un bon comportement à la transmission des efforts ce qui caractérise cette denture. La figure 3 montre en outre la denture en position moyenne pour laquelle on a chaque fois entre les flancs 7 la moitié de l'angle de rotation"b't On a en outre indiqué les angles d'attaque différents,"aet "b"de cette réalisation pratique. Les flancs 7 des dents 2 et 4 de l'arbre et du moyeu arrivent à un contact sur toute la surface après une rotation d'un angle égal à b/2. Contrairement à cela, la figure 2 montre comme décrit, la denture sans Jeu au niveau des flancs, en position allongée, l'angle d'attaque"a"ayant la même valeur que l'angle d'attaque"'. Alors que la denture définie selon la norme DIN a pour point de départ un profil de référence fixe avec un angle d'attaque variable, l'invention utilise une forme de dent taillée suivant l'application parti- culière. L'angle d'attaque"a',"c', n'a pas de valeur fixe mais une valeur qui dépend du volume disponible entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur D, d, ainsi que des rayons 5 et 6 et du nombre des dents. En outre, les rayons de courbure de la tête de dent et du talon de la dent sont choisis de façon à obtenir un angle entre la force périphérique agissant tangentiellement sous l'effet d'un couple et les flancs 7, angle qui est supérieur à l'angle de frottement. On évite ainsi le grippage par exemple de la dent 2 de l'arbre dans l'intervalle corres- pondant du moyeu et l'autoblocage qui en résulte. Le moyeu 3 conserve ainsi sa mobilité axiale illimitée sur l'arbre 1. ll R E V E N D I CA T IO N S 1 ) Denture pour réaliser une liaison libre et coulissante et pour transmettre un couple entre deux pièces disposées coaxialement l'une dans l'autre, par exemple une pièce intérieure du côté de l'arbre et qui définit le plus petit diamètre extérieur (D) et une pièce extérieure du côté du moyeu qui définit le plus grand diamètre intérieur (d) de la denture, avec en outre un nombre de dents dont la hauteur de dent (h) dépend des diamètres (D, d) ci-dessus et ayant des flancs de dents droits qui s'attaquent l'un par rapport à l'autre suivant un angle d'attaque et présentent des rayons de courbure, de pied et de sommet, denture caractérisée par les points suivants: a) le rayon de courbure au pied de la dent et au sommet de la dent correspond à une valeur comprise entre uneet deux fois la hauteur de dent (h), b) l'angle d'attaque (a) est situé dans une zone comprise entre 45 et 70 , c) entre les dents (2) de la partie (1) située du côté de l'arbre et des dents (4) de la partie (3) située du côté du moyeu, il existe un Jeu (12) entre les dents et l'angle d'attaque (a) de la denture d'arbre (2) est supérieur à l'angle d'attaque (c) de la denture de moyeu (4) d'une valeur qui correspond au demi-angle de rotation (b) après avoir dépassé le jeu (12) des flancs entre l'arbre (1) et le moyeu (3). 2 ) Denture selon la revendication 1, caractérisée en ce que les flancs (7) de deux dents voisines (2, 4) de l'une des deux pièces sont reliés par un seul rayon de courbure commun (5, 6). 3 ) Denture selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'angle d'attaque (a) est choisi de façon qu'à la rotation et sous l'effet du couple il ne se produise aucun grippage entre l'arbre (1) et le moyeu (3) par autoserrage. 4 ) Denture selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'angle d'attaque (a) est compris entre 55 et 65 . 5 ) Denture selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le rapport entre la hauteur (h) des dents et le plus grand diamètre extérieur (d) est compris entre 1: 20 et 1: 50. 6 ) Denture selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le pas (T) est supérieur à trois fois la hauteur de dent (h).