Brevet FR2660039A3 — publié le 19910927

FR 2660039 A3 19910927 FR 9103310 A 19910319 COURROIE CRANTEE ET TRANSMISSION ASSOCIEE A COURROIE CRANTEE L'invention se rapporte à une courroie crantée dont les dents présentent une certaine hauteur de tête de dent H et dont les flancs de dents sont bombés selon une forme convexe dans la section du profil, et elle concerne aussi une transmission à courroie crantée composée d'une telle courroie et de roues dentées. On connaît déjà dans la technique antérieure des courroies crantées à flancs de dents convexes, qui embrassent des roues dentées à flancs de dents concaves. Dans le brevet européen nO 049 962, on décrit un flanc de dent bombé possédant une courbure qui varie sur son extension radiale. En particulier, on connaît des roues dentées selon les normes DIN9011 et IS05294 (1), dont les flancs de dents sont habituellement produits par un procédé de fraisage par génération, à l'aide d'une fraise en trapèze. En raison de la forme de l'outil, ces roues dentées sont fréquemment désignées, de façon erronnée, par l'expression de roue à dents en trapèze ; dans la suite du texte, on les appellera des roues à dents en développante. Par ailleurs, on connaît aussi dans la technique antérieure des courroies crantées à flancs de dents droits, qu'on appellera dans la suite des courroies à dents en trapèze qui embrassent des roues à dents en développante ou des roues dentées à flancs de dents droit, qu'on appellera ci-après des roues à dents en trapèze. Mis à part les arrondis de sommet de dent et de pied de dent, les dents des courroies à dents en trapèze et des roues dentées à dents en trapèze possèdent une section en trapèze, d'où la dénomination choisie. Les roues à dents en trapèze sont normalisées dans la norme ISO 5295 (2). Les centres de courbure des flancs des dents des courroies connues antérieurement se trouvent tous radialement à l'intérieur par rapport à la ligne primitive, et ils se trouvent de préférence au niveau de la ligne de pied des dents ; la seule exception consiste dans le brevet allemand NO 36 29 789, qui décrit des centres de courbure de flancs placés exactement sur la ligne primitive.Dans l'utilisation préférée de ces courroies dans les transmissions de pédaliers des bicyclettes qui, en raison de leur faible vitesse de rotation, inhabituelle pour les transmissions à courroie crantée, ne peuvent pratiquement pas émettre de bruit dans la plage de fréquences dans laquelle l'oreille humaine est sensible, dans cette invention, l'appui de la courroie ne pouvait se produire que sur les flancs des dents. Au contraire, pour les transmissions à grande vitesse, en particulier les transmissions des arbres à cames des moteurs à quatre temps, on ne peut pas se dispenser d'un guidage sup plémentaire de la courroie sur le sommet des dents et dans les creux de denture, pour des raisons de bruit. Les conditions cinématiques qui se manifestent lors de l'engagement d'une dent de la courroie dans un creux de denture sont donc différentes. En partant de cette base, l'invention se donne pour but de prolonger la durée de vie, y compris pour les transmissions à courroie travaillant à grande vitesse, et au moins de ne pas aggraver le niveau de bruit. Une partie particulièrement essentielle du but visé consiste donc, dans les cas où le fabricant de courroies se voit imposer par son client un profil de denture en trapèze ou en développante pour les roues dentées, d'améliorer la durée de vie sans augmenter le niveau de bruit. Selon 1 invention, ce problème est résolu par le fait que les flancs des dents de la courroie sont bombés selon une forme convexe, au moins dans la région radiale comprise entre 25 % et 80 % de la hauteur (H) de la tête des dents de la courroie, avec une courbure tel le que tous les pôles de courbure de cette région du flanc des dents de la courroie se trouvent radialement à l'extérieur de la ligne primitive. En même temps, la distance radiale entre la ligne primitive et les centres de courbure des flancs des dents de la courroie est de préférence comprise entre 8 % au minimum et 20 % au maximum du pas (T). On entend ci-après par hauteur (H) de la tête des dents de la courroie la distance partant de la ligne de pied, qui passe par les points radialement les plus extérieurs de la face intérieure de la courroie, dans la direction allant radialement vers l'intérieur jusqu'à la ligne de tête, qui passe par les points radialement les plus intérieurs de la face intérieure de la courroie. Alors que la notion "radiale" est évidente dans la région d'engrènement avec la roue, on entend par "radialement à l'extérieur" dans la région des brins : "sur le côté qui est à l'opposé des dents de la courroie. Pour abréger, on dira fréquemment seulement "pas" au lieu de "longueur du pas" sans que ceci n'implique une différence. Dans la suite, la notion de "ligne primitive" est définie en prenant pour base une section transversale, c'est-à-dire une coupe prise dans un plan dans lequel chaque axe de roue dentée d'une transmission à courroie complète est représenté par un seul point : la ligne primitive que l'on a désigné dans une demande de brevet déposée antérieurement par l'expression "ligne de référence" d'une courroie crantée est l'axe de l'armature résistante inextensible ou à faible extensibilité. Dans la région de l'engrènement des dents, la ligne primitive est à peu près circulaire, tandis qu'elle est rectiligne dans la région des brins. Des essais ont montré que l'allure optimale des arrondis des courroies crantées selon l'invention est très plate dans la région considérée, comprise entre 25 % et 80 % de la hauteur de tête de dent (de la courroie) . Ceci était surprenant après que l'on a décrit dans le brevet européen 049 962 un calcul d' arrondi qui varie sur l'extension radiale du flanc des dents. A la suite de la reconnaissance de ce fait, le flanc des dents de la courroie selon l'invention est de préférence configuré de manitre que chaque flanc de dent de la courroie soit incurvé autour d'un pôle de courbure unique dans la région des flancs de dents de la courroie qui s'étend entre 25% et 80 % de la hauteur de dents (H) de la courroie. Ceci réduit le coût de l'outillage et simplifie le contrôle des tolérances. Indépendamment du nombre d'arcs de cercle dont le flanc de dent de la courroie est composé, il s'est révélé avantageux dans les courroies selon l'invention qui embrassent des roues à dents en développante ou en trapèze que, dans la région des flancs de dents de la courroie qui s'étend de 25 % à 80 % de la hauteur de la tête des dents, le rayon de courbure des dents de la courroie soit compris entre 205 % et 245 % de la largeur (B) de la tête de la dent, qui est mesurée à 80 % de la hauteur (H) de la tête de la dent. Les rayons optimaux des flancs sont plus grands que dans les courroies crantées à flancs de dents bombés connues antérieurement. L'indication de dimension précitée implique le nouveau fait consistant en ce que, pour le calcul optimal des rayons, qui influe sur la cinématique de l'engagement des dents, le paramètre le plus important est la largeur de la tête de la dent. On utilise de préférence la plage partielle supérieure, de 205 % à 235 %, pour les courroies qui embrassent des roues à dents en trapèze. Selon un perfectionnement particulièrement silencieux de l'invention, les têtes de dents de la courroie sont munies d'une rainure transversale. Cette rainu re peut être définie par une fonction cosinus ou par des arcs de cercles. Les courroies crantées décrites précédemment sont appropriées en particulier pour former une transmission à courroie crantée en combinaison avec des roues dentées déjà connues en soi, possédant un profil de denture en trapèze ou en développante. Selon une forme particulièrement avantageuse de réalisation de l'invention, en combinaison avec la caractéristique principale de l'invention, tous les pôles de courbure de la région des flancs des dents de la courroie qui s'étend de 25 % à 80 % de la hauteur de la tête des dents se trouvent radialement à ltextérieur de la ligne primitive, à une distance de cette ligne qui est au minimum de 8 % de la longueur du pas au maximum de 20 % de cette longueur de pas et les têtes des dents de la courroie sont munies d'une rainure transversale qui est définie par des arcs de cercles. L'invention est décrite de façon plus détaillée dans la suite en regard de quatre figures qui sont toutes à l'échelle. La figure 1 représente l'engagement sous charge nulle d'une courroie selon 1 invention dans une roue a dents en développante la figure 2 représente en détail, à l'échelle 20 : 1, une dent de la courroie selon l'invention représentée sur la figure 1 la figure 3 représente l'engagement sous charge nulle d'une autre courroie, conçue pour des charges particulièrement fortes, dans une roue à dents en trapèze la figure 4 représente en détail, à l'échelle 20 : 1, une dent de la courroie selon l'invention représentée sur la figure 3. La figure 1 montre l'engagement sous charge nulle d'une courroie 1 selon l'invention dans une roue 2 à dents en développante. Pour bien montrer avec quelles surfaces les têtes de dents 22 de la courroie s'appuient dans les creux de denture 23 de la roue 2 à dents en développante, les dents de la courroie sont toutes représentées à l'état détendu ; en fait, après s'être appuyée dans un creux de denture 23, chaque dent de la courroie est écrasée en hauteur dans une mesure telle que la hauteur restante de la dent de la courroie corresponde à la profondeur t du creux de denture 23 de la roue 2.D'une façon connue en soi, la hauteur H des dents de la courroie est calculée en fonction de la profondeur t des creux de denture de la roue de telle manière que les forces d'appui radiales soient à peu près les mêmes au niveau de la tête 22 des dents de la courroie qu'au niveau de la partie plate 24 de la courroie. Dans la vue en coupe représentée, la ligne primitive 3 de la courroie crantée 1 est l'axe central de la couche d'armature résistante 25. On entend par le cercle primitif 26 de la roue dentée 2 le cercle centré sur l'axe de la roue, axe qui ne peut plus être représenté sur le dessin, qui coïncide avec la ligne primitive 3 de la partie de la courroie 1 qui a déjà embrassé la roue 2, ou le cercle qui est tangent à la ligne primitive 3 des parties de la courroie qui se trouvent dans les brins. Le pas T de la transmission à courroie représentée est de 9,525 mm ; l'échelle de la représentation est d'environ 7 : 1. La figure 2 représente de façon détaillée - par un détail agrandi de la figure 1 - à l'échelle 20 : 1, la conformation exacte d'une denture préférée selon l'invention pour une courroie. La représentation ou l'indication de l'échelle se rapporte à un pas T de 9,525 mm. Bien qu il s'agisse ici aussi d'une représentation en coupe, on a omis de tracer les hachures pour rendre le dessin plus clair. Pour la même raison, on a omis de représenter la couche formant l'armature résistante. La ligne 27 en trait continu représente le dos de la courroie crantée 1. Dans ce mode préféré de réalisation, le flanc 4 des dents de la courroie ne présente qu'un seul rayon de courbure 6, c'est-à-dire un rayon constant, de 7,000 mm mesuré à partir du centre de courbure 5, qui se trouve à une distance 7 - qui est ici de 1,067 mm - radialement à l'extérieur de la ligne primitive 3. La distance 9, mesurée dans la direction circonférentielle, qui sépare le centre de courbure 5 de l'axe de symétrie 8 de la dent de la courroie, est de 4,561 mm. La hauteur H de la tête de la dent est de 2,250 mm dans cet exemple préféré.La limite inférieure de la région 4 du flanc dans laquelle le centre de coubure 5 se trouve à l'extérieur de la ligne primitive 3, c'est-à-dire sur le côté qui est à l'opposé de la dent, se trouve à 15,8 % de la hauteur H de la tête de la dent, la limite supérieure 12 de la même région 4 se trouve à 85,2 % de cette hauteur. La plage minimale, de 25 % à 80 %, fait véritablement partie de la plage radiale 10 indiquée ici. La cote 13, la distance radiale entre la ligne 16 du pied des dents et la ligne primitive 3 est de 0,686 mm, c'est-à-dire 7,2 % du pas T. Au flanc de dent 4, dont la propriété décisive consiste en ce que son centre de courbure 5 se trouve au-delà de la ligne primitive 3, fait suite, d'une façon connue en soi, un arc d'arrondi de pied 15 qui présente le rayon de cercle d'arrondi de pied 14. Cet arrondi est suivi de la droite de pied 16. De l'autre côté, le flanc 4 est suivi d'un arc d'arrondi de tête 18 possédant un rayon de cercle de tête 17. L'arc 18 ne se prolonge que jusqu'à ce qu ' il ait atteint la hauteur totale de la dent de la courroie. Entre les deux arcs de tête 18, la tête 22 de la dent de la courroie présente une dépression de tête 19 à profil cosinusoidal. Ce profil est entièrement défini par sa longueur d'onde 20, qui est ici de 1,607 mm, et par sa double amplitude 21, qui est ici de 0,4 mm. La forme de la dépression de tête 19 peut être définie, dans un système de coordonnées cartésien ayant son origine au point 28 radialement le plus intérieur de l'arc de tête 18, par la fonction y = 0,200 mm (1 + cos 3,910 mm ). Grâce à cette fonction qui est continue, même dans toutes ses sections, les têtes de dents 22 de la courroie 1 viennent s'appuyer de façon particulièrement souple dans les creux de denture 23 des roues dentées 2. Les inventeurs ont réalisé dans cet exemple de réalisation la forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention selon laquelle le rayon de courbure 6 du flanc 4 de la dent, utilisée en combinaison avec une roue 2 à dents en développante, doit représenter entre 225 % et 245 % de la largeur B de la tête des dents ; le rayon de courbure 6 représente 238,0 % de la largeur B de la tête des dents. Ici, on désigne par la largeur B de la tête de la dent la largeur que l'on mesure à 80 % de la hauteur H de la dent, mesuré à partir de la ligne de pied 16. A une hauteur de 1,8 mm, ce profil présente une largeur B de 2,491 mm. La figure 3 montre l'engagement sous charge nulle d'une autre courroie 1 selon l'invention dans une roue 2 à dents en trapèze. La représentation est analogue à la figure 1. Pour bien montrer avec quelles surfaces les têtes 22 des dents de la courroie s 1appuient dans les creux de denture 23 de la roue 2 à dents en trapèze, les dents de la courroie sont ici aussi représentées toutes à l'état détendu. En fait, après s'être ap puyée dans un creux de denture 23, chaque dent de la courroie est écrasée en hauteur dans une mesure telle que la hauteur restante de la dent de la courroie corresponde à la profondeur t du creux de denture 23 de la roue 2.D'une façon connue en soi, la hauteur H de la dent de la courroie est calculée en fonction de la profondeur t du creux de denture de la roue dentée de telle manière que les forces d'appui radiales soient à peu près les mêmes au niveau de la tête 22 de la dent de la courroie qu'au niveau de la partie plate 24 de la courroie. Les références 3, 25 et 26 sont utilisées ici avec la même signification que sur la figure 1. Le pas T de la transmission à courroie représentée est de 9,525 mm ; l'échelle du dessin est d'environ 7 : 1. La figure 4 représente en détail - par un détail agrandi de la figure 3 - à l'échelle 20 : 1, la conformation exacte d'une denture de courroie préférée selon l'invention. La représentation, ou l'indication de l'échelle, se rapporte à un pas T de 9,525 mm. Bien qu'il s'agisse ici aussi d'une représentation en coupe, on a omis de tracer les hachures pour rendre le dessin plus clair. Pour les mêmes raisons, on a omis de représenter la couche formant l'armature résistante. La ligne 27 en trait continu représente le dos de la courroie 1. Dans ce mode de réalisation préféré, le flanc 4 des dents de la courroie ne présente qu'un seul rayon de courbure 6, c'est-à-dire un rayon constant, de 9,187 mm, mesuré à partir du centre de courbure 5, qui se trouve à une distance 7 - qui est ici de 1,841 mm - radialement à l'extérieur de la ligne primitive 3. La distance 9 mesurée dans la direction circonférentielle, séparant le centre de coubure 5 de l'axe de symétrie 8 de la dent de la courroie, est de 5,842 mm. Dans cet exemple préféré, la hauteur H de la tête de la dent est de 2,780 mm. La principale différence, comparativement à la figure 2, réside dans la plus grande hauteur H de la tête de la dent, qui admet de plus fortes pointes de charge.La limite inférieure de la région 4 du flanc dans laquelle le centre de coubure 5 se trouve à l'extérieur de la ligne primitive 3, c'est-à-dire sur le côté qui est à l'opposé de la dent, se trouve à 20,1 % de la hauteur H de la tête de la dent, la limite supérieure 12 de la même région 4 se trouve à 83,2 % de cette hauteur. La plage minimale, de 25 % à 80 %, fait véritablement partie de la plage radiale 10 indiquée ici. La cote 13, la distance radiale entre la ligne 16 du pied des dents et la ligne primitive 3 est de 0,750 mm,' c'est-à-dire 7,9 % du pas T. Au flanc de dent 4, dont la propriété décisive consiste en ce que son centre de courbure 5 se trouve au-delà de la ligne primitive 3, fait suite, d'une façon connue en soi, un arc d'arrondi de pied 15 qui présente le rayon de cercle d'arrondi de pied 14. Cet arrondi est suivi de la droite de pied 16. De l'autre côté, le flanc 4 est suivi d'un arc d'arrondi de tête 18 possédant un rayon de cercle de tête 17. L'arc 18 ne se prolonge que jusqu'à ce qu ' il ait atteint la hauteur totale de la dent de la courroie. Entre les deux arcs de tête 18, la tête 22 de la dent de la courroie présente une dépression de tête 19 à profil cosinusoldal. Ce profil est entièrement défini par sa longueur d'onde 20, qui est ici de 2,161 mm, et par sa double amplitude 21, qui est ici de 0,55 mm. La forme de la dépression de tête9 peut être définie, dans un système de coordonnées cartésien ayant son-origine au point 28 radialement le plus intérieur de l'arc de tête 18, par la fonction y = 0,275 mm (1 + cos 2,907 ) Grâce à cette fonction qui est continue, même dans toutes ses sections, les têtes de dents 22 de la courroie 1 viennent s'appuyer de façon particulièrement souple dans les creux de denture 23 des roues dentées 2. Les inventeurs ont réalisé dans cet exemple de réalisation la forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention selon laquelle le rayon de courbure 6 du flanc 4 de la dent, utilisée en combinaison avec une roue 2 à dents en développante, doit représenter entre 205 % et 235 % de la largeur B de la tête des dents ; le rayon de courbure 6 représente 231,8 % de la largeur B de la tête des dents. Ici, on désigne par la largeur B de la tête de la dent la largeur que l'on mesure à 80 % de la hauteur H de la dent, mesuré à partir de ligne de pied 16. A une hauteur de 2,22 mm, ce profil présente une largeur B de 3,964 mm. La liste des références fait partie de la description. Le principe de l'invention consiste en ce que, dans la région qui apporte la contribution principale à la transmission du couple, les flancs des dents des courroies crantées doivent être bombés selon une forme convexe avec une courbure telle que les centres de courbure se trouvent au-delà de la ligne primitive. La condition exigée de réduction maximale de l'usure et de la perte de puissance des dents de la courroie dans les creux de denture est normalement incompatible avec la condition exigée de grande capacité de charge maximale ; au contraire, ces deux objectifs sont atteints selon 1 'inven- tion. REVENDICTIONS 1. Courroie crantée (1) possédant des dents d'une hauteur (H) de tête de dent, dont les flancs (4) sont bombés avec une forme convexe dans la section considérée dans le profil de denture, caractérisée en ce que les flancs (4) des dents de la courroie sont bombés selon une forme convexe, au moins dans la région radiale (1O) comprise entre 25% et 80% de la hauteur (H) de la tête des dents de la courroie, avec une courbure telle que tous les pôles de courbure (5) de cette région du flanc (10) des dents de la courroie se trouvent radialement à l'extérieur de la ligne primitive (3). 2. Courroie crantée (1) selon la revendication 1, possédant un pas (T), caractérisé en ce que tous les pales de courbure (5) de la région (10) des flancs des dents de la courroie qui s'étend de 25 % à 80 % de la hauteur (H) de la tête des dents se trouvent radialement à l'extérieur de la ligne primitive (3), à une distance de cette ligne qui est au minimum de 8 % de la longueur (T) du pas au maximum de 20 % de cette longueur. 3. Courroie crantée (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans la région (10) du flanc des dents de la courroie qui s'étend de 25 % à 80 % de la hauteur (H) de la tête de la dent, chaque flanc (3) de dent de la courroie est incurvé autour d'un pôle de courbure (5) unique. 4. Courroie crantée (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans la région (10) du flanc des dents de la courroie qui s'étend de 25 % à 80 % de la hauteur (H) des têtes des dents, les rayons de courbure (6) des flancs (4) des dents de la courroie sont compris entre 205 % et 245 % de la largeur (B) des têtes des dents, largeur qui doit être mesurée à 80 % de la hauteur (H) de la tête des dents. 5. Courroie crantée (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les têtes (22) des dents de la courroie sont munies d'une rainure transversale qui est définie par une fonction cosinusoldale. 6. Courroie crantée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les têtes (22) des dents de la courroie sont munies d'une rainure transversale qui est définie par des arcs de cercles. 7. Transmission à courroie crantée composée d'une courroie crantée (1) et d'au moins une roue dentée (2), caractérisée en ce qu'une courroie (1) selon au moins une des revendications précédentes est combinée à une roue dentée (2) connue antérieurement, qui possède un profil de denture en trapèze ou en développante. 8. Transmission à courroie crantée selon la revendication 7, composée d'une courroie crantée (1) selon la revendication 4 et au moins une roue dentée (2) possédant un profil de denture en développante, caractérisée en ce que, dans la région (10) des flancs de la courroie qui s'étend de 25 % à 80 % de la hauteur 9. Transmission à courroie crantée selon la revendication 7, composée d'une courroie crantée (1) selon la revendication 4 et d'au moins une roue dentée (2) possédant un profil de denture en trapèze, caractérisée en ce que, dans la région (10) du flanc des dents de la courroie qui s'étend de 25 % à 80 % de la hauteur