Brevet FR2647175A1 — publié le 19901123

L'invention concerne un réducteur à vis sans fin et roue dentée. Un tel organe de transmission est aujourd'hui largement utilisé dans de nombreux mécanismes, teLs notamment que les robots, les dispositifs de positionnement ou les machine-outils. Mais la plupart des réducteurs connus ne sont pas å rattrapage de jeu, c'est-å-dire qu'ils ne permettent pas d'ajuster ou de régler le jeu d'engrenement entre la vis -et la roue en tenant compte de l'usure des pièces. Or, dans un certain nombre de cas, et en particulier pour des applications à des robots, il s'avère aujourd'hui nécessaire de pouvoir d'une part garantir une précision dans le positionnement des pièces et, d'autre part, assurer un entrainement sans a-coup5 du mécanisme. Actuellement, les quelques réducteurs proposé5 qui autorisent un rattrapage des jeux d'engrènement sont essentiellement du type à vis conique ou vis à pas variable, et le réglage du jeu nécessite l'intervention d'un opérateur qui déplace la vis le long de son axe d-e rotation avec des moyens appropriés. Dans certains cas, il est également prévu que la vis puisse être déplacée axialement par rotation d'un fourreau porte-roulements situé du ceté opposé à l'arbre d'entrée du réducteur, de façon à pouvoir régler le jeu de fonctionnement à la valeur désirée-et à rattraper une éventuelle usure dans le temps. Toutefois, ces solutions présentent différents inconvénients Tout d'abord, elles nécessitent l'intervention d'un opérateur. Ensuite, lorsque l'usure est apparente, les filets de la vis et les dents de la roue sont déjà marqués. Le rattrapage de jeu a alors tendance à faire porter le contact sur une très faible surface qui va s'user encore plus rapidement, nécessitant à court terme un nouveau régLage. De plus, ces solutions imposent une fabrication spécifique et donc coûteuse des pièces. Enfin, dans toutes les solutions proposées, une fois réglé, le jeu est figé. En d'autres termes, le jeu entre la vis et la roue ne peut pas évoLuer en fonction des conditions de. fonctionnement et notamment des variations de température. L'invention a pour objet de résoudre ces différents problèmes. A cet effet, elle propose tout d'abord un réducteur du type comprenant une vis sans fin entraînée en rotation et qui vient engrener avec une roue dentée tournant autour d'un axe de rotation sensiblement perpendiculaire à celui de la vis, ce réducteur se caractérisant en ce que la vis est articulée en basculement vers l'une de ses extrémités autour d'un axe de basculement dirigé sensiblement parallélement à l'axe de rotation de la roue, des moyens de rappel propres à solliciter un déplacement angulaire de la vis en direction de la roue étant prévus de façon à réduire le jeu d'engrènement entre ces pièces. On va ainsi pouvoir assurer une adaptation fine du jeu entre la vis et la roue, et ce en permanence pendant toute la durée de fonctionnement du mécanisme. La vis utilisée pourra être une vis sans fin courante du commerce. S'il y a usure entre tes pièces, celle-ci sera répartie sur une plus grande surface portante, augmentant ainsi la durée de vie du mécanisme. On notera que de préférence, le réducteur de l'invention sera tel que L'axe de basculement de la vis s'étendra dans un plan situé sensiblement parallèlement à son axe de rotation et comprenant la ligne de contact entre les dents de la roue et les filets de la vis. De cette façon, on affinera encore l'ajustement du jeu entre les pièces. A titre de réalisation pratique, le réducteur de l'invention pourra en particulier comprendre - un carter à l'intérieur duquel seront disposées la roue et la vis, celles-ci étant montées tournantes dans ledit carter, - un bâti coiffant La partie du carter à l'intérieur de laquelle est logée la roue, - des moyens de liaison portés par le bâti et sur lesquels sera articulé au moins un bras solidaire du carter pour permettre le basculement de la vis autour de l'axe d'articulation de ce bras, - et des moyens élastiques pour solliciter le déplacement du carter par rapport au bâti dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue et passant sensiblement par l'axe de rotation de la vis, de façon à provoquer le basculement de la vis par rapport à la roue. Et les moyens élastiques pourront comporter - une tige liée au carter et s'étendant à travers un orifice du bâti pour déboucher sur une face de ce dernier opposée au carter, - des organes élastiques de compression prenant appui sur la face du bâti où débouche la tige, - et des moyens de sollicitation liés à la tige pour solliciter lesdits organes élastiques de compression. On notera également que le carter du réducteur de l'invention devant dans un certain nombre d'applications recevoir un lubrifiant liquide, le bâti comprendra de préférence des surfaces intérieures en vis-å-vis s'étendant dans des plans sensiblement parallèles entre-eux et perpendiculaires à l'axe de rotation de la roue, de part et d'autre de cette dernière, le carter consistant alors en un boîtier présentant des surfaces extérieures planes parallèles entre-elles prévues pour venir coopérer étroitement en coulissement avec lesdites surfaces intérieures du boîtier, avec interposition de joints propres à assurer l'étanchéité du carter. De cette façon, on pourra conserver bon nombre d'organes essentiels des réducteurs standard du commerce, tout en assurant au carter une parfaite étanchéité. L'invention, ses caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement de la description qui va suivre faite en référence aux dessins d'accpmpagnement donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels - la figure 1 est une vue générale en coupe transversale médiane d'une focme possible de réalisation du réducteur de l'invention, - la figure 2 illustre en vue agrandie le détail qui est repéré II sur la figure 1 et sur lequel on a rajouté - une coupelle destinée à limiter le débattement de la vis du réducteur par rapport à la roue, - la figure 3 est une vue en coupe du réducteur illustré sur la figure 1 faite suivant un plan horizontal passant par l'axe de rotation de la roue (ligne III-III de la figure 1), - la figure 4 montre une variante possible de réalisation des moyens qui peuvent être prévus pour assurer l'étanchéité du carter, avec une vue en coupe faite dans un plan sensiblement vertical passant par l'axe de rotation de la roue dentée (ligne IV-IV de la figure 1), - et la figure 5 est une vue locale d'une variante de réalisation du réducteur illustré figure 1, variante dans laquelle l'axe de basculement de la vis est décalé par rapport à son axe de rotation. Dans la forme de réalisation de l'invention illustrée sur la figure 1, le réducteur de vitesse 1 comprend une vis sans fin 2 solidaire d'un arbre 4 porté par des roulements 6 montés dans un carter 8. outre la vis 2, le réducteur comprend également une roue creuse dentée 10 calée sur un arbre 12, tel qu'un arbre mené. La roue 10 et la vis 2 sont entraînées en rotation, via leurs arbres respectifs, autour des axes 11 et 3 respectivement. Le carter 8 renferme la roue dentée ainsi que la vis et son arbre, a l'exception de l'extrémité 4a d'entraînement de ce dernier (å droite sur la figure 1) qui débouche dans un bottier 14 solidaire du carter et qui renferme des moyens d'engrènement destinés à assurer la commande en rotation de l'arbre 4 à partir d'un moteur, tel qu'un moteur électrique 16 correctement alimenté. Dans l'exemple illustré, les moyens d'engrènement en question comprennent successivement une série de pignons 18, 20, 22 dont le premier (18) est calé sur l'arbre de sortie 16a du -moteur 16, deux courroies 19 et 23 et une poulie 24 sur laquelle est calée l'extrémité 4a de l'arbre 4. Une telle réalisation de réducteur est en soi classique. En fait, l'une des particularités de l'invention consiste à avoir monté la vis 2 de façon qu'elle soit articulée en basculement du coté de la seconde extrémité 4b de scn arbre 4, autour d'un axe de basculement 26 décalé s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe 11 de rotation de la roue 10 par rapport auquel cet axe 26 occupera une position fixe. Des moyens de rappel sont prévus pour solliciter un déplacement angulaire de la vis en direction de la roue, parallèlement à un plan 27 sensiblement perpendiculaire à l'axe 11 et comportant l'axe de rotation 3. Pour l'articulation de la vis, le carter 8 sur lequel l'arbre 4 est monté rotatif, est solidaire d'au moins un bras de liaison 28 monté basculant autour de l'axé 26, via un arbre 30 porté par une pièce de liaison, ou chape, 32 elle-meme fixée (par exemple soudée) à un bâti 34 coiffant la partie du carter où est logée La roue. L'axe 26 de basculement occupe donc une position fixe par rapport audit bâti. On notera que sur la figure 1, cet axe 26-est sécant à l'axe 3 de rotation de la vis qu'il intersecte. Pour assurer le meilleur guidage en articulation de la vis, on prévoira de préférence deux bras d'articulation 28 qui seront alors reliés par l'arbre de basculement 30 et viendront s'engager de part et d'autre de la chape 32 en faisant saillie à une plaque 36 fixée extérieurement, notamment par vissage, au carter 8 avec interposition d'un flasque 38 formant butée axiale pour Ûun des roulements 6 de la vis (voir également figure 3). A cette étape de la description, on notera que d'une façon classique l'arbre 4 pourra être également équipé vers son extrémité opposée d'un flasque 39 maintenu par une plaque 37 fixée sur le carter 8, avec interposition d'un joint d'étanchéité 40 s'étendant autour de l'arbre 4, de façon à éviter toute fuite à cet endroit. Figure 1, on remarquera encore que le bâti 34 (supposé fixe) entoure sur trois cotés le carter8 à travers lequel vont "circuler" les efforts permettant le rattrapage du jeu d'engrènement entre les filets de la vis et Les dents de la roue. Selon l'invention, on a privilégié un rattrapage de jeu de type élastique, de façon à lisser les à-coups d'entraînement et à permettre une modulation du jeu de fonctionnement, évitant ainsi toute usure excessive de la roue et de la vis. Pour ce faire, on a adjoint au réducteur des moyens élastiques assurant la liaison entre le carter 8 et le bâti 34. Par souci d'équilibre et afin d'éviter la création de couples néfastes au bon fonctionnement du réducteur, les moyens élastiques en question ont été disposés de telle sorte que la transmission d'efforts s'effectue, à cet endroit, suivant un axe 43 s'étendant sensiblement perpendiculairement aux axes de rotation 3 et 11 de la vis et de la roue, respectivement (flèche F de la figure 1). Dans le mode de réalisation retenu, les moyens élastiques en question comprennent une tige 42, par exemple une tige filetée, disposée verticalement, fixée au carter 8 (notamment vissée) et montée coulissante à travers un orifice 44 du bâti, de façon à déboucher sur la face extérieure 35a du plateau horizontal supérieur 35 dudit bâti, lequel pourra par exemple comporter deux plateaux latéraux verticaux 31, 33 reliés rigidement entre-eux vers leur extrémité supérieure, par exemple par soudage, par l'intermédiaire du plateau horizontal supérieur 35. Sur l'extrémité débouchante de la tige 42 est vissé un écrou 48 et un contre-écrou 46 formant moyens de sollicitation d'organes élastiques de compression 50 pouvant être constitués par une pile de rondelles dites l'Belleville', venant prendre-appui sur la face 35a du plateau 35. Bien entendu, la charge-des organes élastiques 50 sera adapatée en fonction des forces en présence. A ce sujet, on remarquera toutefois que l'utilisation d'une tige filetée avec écrous de blocage permettra, dans une certaine mesure, d'adapter en fonction de l'utilisation choisie, la raideur des moyens élastiques et donc de régler l'amplitude du jeu vis/roue. Reportons nous maintenant à la figure 2 pour voir illustré un détail de réalisation non représenté sur la figure 1, prévu pour limiter la course de la tige 42 dans le sens de la charge des organes 50 de compression. Comme on le voit clairement sur cette figure 2, il s'agit en l'espèce d'une coupelle 52 fixée à la tige 42 vers son extrémité supérieure, par exemple par vissage, et qui vient recouvrir les écrous 46, 48 et les organes de compression 50 à la manière d'une "cloche". En pratique, on laissera un jeu h entre la base de la coupelle 52 et la face extérieure 35a du plateau 35, correspondant à l'amplitude du débattement autorisé de la vis par rapport à la roue. Une telle configuration présente trois avantages - la course de la tige dans le sens de l'écartement de la vis par rapport à la roue est limitée, - on évite toute surcharge des organes de compression, - et une fois réglée la charge de ces organes, ceux-ci sont protégés. Il est clair que dans un certain nombre d'applications, le réducteur de l'invention sera du type à carter à bain d'huile. En d'autres termes, le carter 8 renfermera alors un bain de liquide lubrifiant destiné à assurer la lubrification de la vis 2 et de la roue 10. Bien entendu, l'étanchéité du carter devra ators être assurée en tenant compte de la possible articulation de la vis autour de son axe 26 de basculement. Cette hypothèse a été prise en considération dans l'invention. Si l'on se reporte en particulier à La figure 3, on voit que le bâti comporte latéralement, fixes à lui, deux flasques rapportés avant et arrière, respectivement 56 et 58 comprenant chacun une surface intérieure en forme de disque 56a, 6Ga, qui sont disposées en vis-å-vis et s'étendent dans des plans parallèles entre-eux mais perpendiculaires à l'axe 11 de rotation de la roue 10 (plan de coupe de la figure 1), de part et d'autre de cette même roue. De façon complémentaire, le carter 8 qui se présente ici sous l'aspect d'un boîtier fermé, présente des surfaces latérales extérieures planes (également en forme de disque) 80a, 81a qui sont parallèles entre-elles et sont prévues pour venir coopérer étroitement en coulissement chacune avec la surface intérieure complémentaire du bâti, avec interposition entre les surfaces respectives de coulissement, de joints 60, 62 propres à assurer l'étanchéité du carter. Sur cette figure 3, on remarquera que les joints 60, 62 ont été disposés à l'intérieur de logements ménagés dans les flaques 56 et 58 du bâti. Par contre, sur la figure 4, on a représenté schématiquement une variante de réalisation dans laquelle les joints d'étanchéité 60, 62 ont été disposés dans des logements 64, 66 ménagés dans les parois latérales correspondantes du carter 8. On notera encore que dans cette variante de réalisation, on a choisi une solution consistant à fabriquer de moulage le bâti avec des excroissances intérieures 68, 70 en forme de disque, présentant chacune des surfaces planes de contact 68a, 70a, à l'image des surfaces interieures 56a et 58a des flasques 56 et 58 de la figure 3. Pour faciliter la fabrication, le bâti 34 sera de préférence réalisé en deux pièces moulées, comme cela apparaît clairement sur la figure 4. Intéressons-nous maintenant à la figure 5 pour voir iltustree une autre variante de réalisation portant essentiellement sur L-a conformation des bras d'articulation qui permettent le basculement de la vis par rapport à la roue. Dans cette configuration, les bras d'articulation 28 onl été déformés de telle sorte que l'axe de basculement 26 de la vis s'étende sensiblement perpendiculairement à l'axe 3 de rotation de cette dernière mais dans un plan matérialisé aux figures 1 et 5 par l'axe 72 et comprenant la ligne de contact entre les dents de la roue 10 et les filets de la vis 2. D'un point de vue plus mathématique, on pourrait définir cette ligne de contact comme appartenant au plan tangent à la fois au cylindre primitif de la roue 10 et à l'hélice primitive de la vis 2. On aura noté que l'axe 72 est sensiblement parallèle à l'axe 3. Bien entendu, la forme de la chape 32 sera alors adaptée en conséquence. REVENDICATIONS 1. Réducteur du type comprenant une vis sans fin (2) entraînez en rotation et qui vient. engrener avec une roue dentée (10) tournant autour d'un axe de rotation (11) sensiblement perpendiculaire à celui (3) de la vis, caractérisé en ce que la vis (2) est articulée en bascuLe-ment vers l'une de ses extrémités (4b) autour d'un axe de basculement (26) dirigé sensiblement parallèlement à l'axe de rotation (11) de la roue (10), des moyens de rappel (8, 34, 42, 50) propres à solliciter un déplacement angulaire de la vis en direction de la roue étant prévus de façon à réduire le jeu d'engrènement entre ces pièces. 2. Réducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe (26) de basculement de la vis (2) s'étend dans un plan sensiblement parallèle à son axe (3) de rotation et comprenant la ligne de contact entre les dents de la roue (10) et les filets de la vis. 3. Réducteur selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend - un carter (8) à l'intérieur duquel la roue (10) et la vis (2) sont montées tournantes, - un bâti (34) coiffant une partie du carter (8) où est logée la roue, - des moyens de liaison (30, 32) portés par le bâti et sur lesquels est articulé au moins un bras (28) solidaire du carter pour permettre le basculement de la vis autour de l'axe (26) d'articulation de ce bras, - et des moyens élastiques (50) formant moyens de rappel pour solliciter le déplacement du carter (8) par rapport au bâti (34) dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation (11) de la roue et passant sensiblement par l'axe de rotation (3) de la vis, de façon à provoquer le basculement de la vis par rapport à la roue. 4. Réducteur selon la revendication 3 caracterisé en ce que les moyens élastiques comprennent - une tige (42) liée au carter (8) et s'étendant, à travers un orifice (44) du bâti (34) pour déboucher sur une face (35a) de ce dernier opposée au carter, - des organes élastiques de compression (50) prenant appui sur la face (35a) du bâti où débouche la tige (42), - et des moyens (46, 48) de sollicitation Liés à ladite tige pour solliciter lesdits organes de compression (50). 5. Réducteur selon ta revendication 4 caractérisé en ce que la tige (42) s'étend suivant un axe (43) dirigé sensiblement perpendiculairement aux axes (3, 11) de rotation de La vis et de la roue, respectivement. 6. Réducteur selon la revendication 4 ou la revendication 5 caractérisé en ce que les moyens (46, 48) de sollicitation consistent en au moins un écrou venant s'engager sur des filets dont la vis est pourvue, de façon à autoriser le réglage de la force des organes de compression (5C). 7. Réducteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (52) de limitation de la course de la tige (42) dans le sens de la charge des organes de compression. 8. Réducteur selon la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de limitation (52) comprennent une coupelle qui vient prendre appui sur la face (35a) précitée du bâti (34) où débouche la tige (42), la coupelle qui est liée à ladite tige renfermant une partie de cette tige, les organes de compression (50) et leurs moyens de sollicitation (46, 48). 9. Réducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le bâti (34) comprend des surfaces intérieures (56a, 58a, 68a, 70a) planes en vis-à-vis et s'étendant dans des plans parallèles entre-eux et perpendiculaires à l'axe (11) de rotation de la roue, de part et d'autre de cette dernière et le carter (8) consiste en un boîtier présentant des surfaces extérieures (80a, 81a) planes parallèles entre-elles prévues pour venir coopérer étroitement en coulissement avec lesdites surfaces intérieures du bâti (34), avec interposition de joints (60, 62) propres à assurer l'étanchéité du carter.