Brevet FR2657131A1 — publié le 19910719

CRINES DE TRANSMISSION Â ENGRENAGES A HAUTES PERFORMANCES DESCRIPTION La présente invention a pour objet des machines de tranamision à engrenages pour transmettre un mouvement rotatif, comportant un ou plusieurs engrenages dont les éléments engrenés sont autres que des dentures à develo- ppantes ou cycloldales ou hélicoïdales. On connait des machines de transmission qui comportent des engrenages dont les éléments engrénés sont des dentures à développantes ou cyclo'idales, qui s'engrènent grâce à des mouvements orbitaux ou planétaires. On connait également des machines de transmission qui comportent un ou plusieurs engrenages composés chacun d'une roue tubulaire flexible munie de dent. exté- rieures triangulaires, placée à l'intérieur d'une roue extérieure munie de dents intérieures triangulaires, 00- axiale à la première, et dont l'engrènement se fait par déformation forcée de la roue intérieure flexible de par l'action de galets ou rouleaux presseurs qui roulent à l'intérieur du tube de la première roue. e Le secteur technique de l'invention est celui de la construction de machines de transmission avec rddac- tion ou amplification du mouvement de rotation. Un objectif de la présente invention est de proeurer des machines de transmission à engrenages perfeotionnés grâce à des éléments engrenés particuliers. Un autre objectif de la présente invention est de procurer des machines de transmission eomportant un nombre réduit d'engrenages et possédant des caractdris- tiques mécaniques trés performantes ainsi qu'fun très grand choix de rapports des vitesses d'entrée et de sortie. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen de machines de transmission comportant un ou plusieurs engrenages composés chacun d'une roue à denture extérieure (lob) s'engrènant à l'intérieur d'une roue à denture intérieure (2b), dont les dents sont triangulaires ou trapézoidales, et dont la différence du nombre de dents des deux roues est de une dent. Selon un mode de réalisation préférentielle, un engrenage selon l'invention, est composé de deux roues à denture triangulaire ou trapéeoidale et dont la définition géométrique est telle que : 1) l'engrbnement des dites roues est réalisé par des contacts d'engrènement entre les dents de chaque roue, situés essentiellement de part et d'autre de l'axe de symétrie (XX') de l'engrenage et suivant un angle ( ), dont la valeur est fonction du nombre de dents des roues. Généralement, cet angle est supérieur b 200 de part et d'autre de l'axe de symétrie (xi'). Entre les dits contacts d'engrènemenG, les autres dents de chaque roue disposent d'un jeu tel qu'elles ne peuvent se toucher, et ce, quelle que soit la position relative des des deux roues au cours du mouvement d' engrènement. Cette condition permet d'utiliser des profils de denture rectilignes ou , profils à développante de cercle de rayon infini. 2) Les dites roues dentées ont desdits contacts d'engrè- nement surfaciels et non pas ponctuels ou linéaires, où une face plane d'une dent d'une des roues est contre une face plane d'une dent de l'autre roue, les deux faces étant toujours sensiblement parall8les, acceptant des défauts de parallélisme infimes tels qu'ils n'engendrent pas, sur les faces des dents, des contraintes ponctuelles supérieures aux limites élastiques des matériaux employés. Cette condition permet d'éviter toute usure ou déformation à caractère irréversible du profil des dents qui serait préjudiciable à la bonne endurance de lten- grenage. 3) Les contacts d'engrènement situés d'un c8té de l'axe de symétrie (XX') de l'engrenage, bloquent la rotation relative des deux roues dans un sens de rotation, et ceux de l'autre côté de l'axe de symétrie (XX'), la bloquent dans l'autre sens de rotation, telles que les deux roues stengrènent sensiblement sans jeu, et ce quelles que soient leurs positions relatives respectives à l'une et à l'autre , durant le mouvement. Cette condition implique qu'une dent d'une roue n'a qu'une seule de ses faces en contact avec une seule des deux faces d'une dent de l'autre roue ; cette condition est essentielle pour que engrenage selon l'invention, dont le jeu est sensiblement égal à O, soit faisable1 4) Les deux roues dentées s'engrènent sensiblement sans jeu telles que, quelle que soit la position relative d'une roue par rapport à 1' autre au cours du mouvement d'engrènement, il existe, de part et d'autre de l'axe de symétrie (XX'), un minimum de un à deux contacts dits d'engrènement. Etant donné que le nombre de contacts d'un engr*ffi6e augmente avec le nombre de dents des roues, cette condition implique que l'engrenage selon l'invention, n'est réalisable qu'à partir d'un nombre de dents minimum. 5) Les deux roues dentées s'engrènent par rotation de 1' axe d'une roue autour de l'axe de l'autre roue, et suivant un rayon de giration dont la valeur (0102) est inférieure ou sensiblement égaye à une demi-hauteur de dent de la roue intérieure. En théorie et pour des roues dont le nombre de dents serait infini, l'engrênqe serait tel que toutes les dents triangulaires de la roue intérieure (lob) seraient en contact avec au moins une des dents triangulaires de l'autre roue (2b), et avec une excentration de leurs axes égale à une demi hauteur de dent de la roue intérieure. En variante, l'engrenage selon l'invention peut également fonctionner avec undit rayon de giration supérieur à une demi hauteur de dent, mais la faisabilité de 1'engrbnement suivant les conditions ci-avant, ne sera réalisable qu'à partir d'un nombre de dents minimum qui augmentera avec la valeur dudit rayon de giration. Les équations ci-aprbs se réfèrent à la figure 1 annexée, qui donnent un exemple, sans aucun caractère limitatif, de définition de la géométrie d'un engrenage, telle que Z1 est le nombre de dents de la roue intérieure (lob) et Z2 est le nombre de dents de la roue extérieure (2b). exemple numérique avec ss = g Z4 = 50 Zt = 51 A3 = 5 CD = AB (lz+ Z4 > CD = 5,1 AB lu = DX =79,63 sin Xr CD D9 z sin K = ts = = tg2/}tgp/L = 0,8099674 2[si/ so W)-D t)] soit ss = 78,0127 O AB h = ------- h = 3,087 2 tg CD H = ------- H = 3,1483 2 tg 2 = = D, cos( - 2h dA = 73,30 d1 = De cos ) 2H dg = 76,38 0# 2= H cot)- - - X 2 = 1,54323 Les équations ci-avant sont établies avec 1'hypothè- se que les nombres de dents des deux roues sont infinis et l'application pratique à des nombres de dents finis est atteinte au moyen de coefficients de correction appliqués généralement aux valeurs des angles 4 et ainsi qu'à la valeur de l'excentration (0102) telle que la deuxib- me condition soit respectée, les quatres autres étant dé jà respectées. Les valeurs de ces coefficients sont variables en fonction du nombre de dents des deux roues et telles que : , exemple numérique: s4 x /3 g x 1,00662 = 78,529 n A xfr,2i) z = p x 1,0211 = 79,6580 o ost= ox cul 'pu /e,,zL) OA OP OI oe OJ0LX0,546l= 0,8428 De = 82,84 valeurs 5 dx = 73,30 | inchangées les objectifs de l'invention sont également atteints au moyen de machines de transmission comportant un engre (05 et 16) selon l'invention, ainsi que des doigts (04) implantés dans la roue planétaire (16) qui circulent dans des alésages calibrés, solidaires d'un arbre secondaire (îo), et qui transforment le mouvement hypocycloïdal de celle-ci en un mouvement axial rotatif. En variante, la transformation de ce mouvement peut également se faire tel que les alésages calibrés sont réalisés dans la roue planétaire et les doigts sont implantés dans l'arbre secondaire. Selon un mode de réalisation préférentielle, le diamètre dudit alésage calibré est sensiblement égal à la somme du diamètre d'un doigt, et d'une valeur égale à deux fois ledit rayon de giration (0102) de l'axe de la roue planétaire par rapport à l'axe de l'autre roue. les objectifs de l'invention sont également atteints au moyen de machines de transmission composées de plusieurs engrenages selon l'invention et comportant un ou plusieurs mouvements orbitaux ou planétaires du type connu. Selon un mode de réalisation préférentielle, une machine selon l'invention comporte deux engrenages selon l'invention, dont les deux roues intérieures (1d et 3d) sont solidaires l'une de l'autre, sont libres en rotation, et animées d'un mouvement orbital par un arbre à came (5d) commun, lesquelles s'engrènent sur leurs roues dentées (2d et 4d) correspondantes, avec le même rayon de giration (0102)e L'invention a pour résultat de nouvelles machines de transmission qui présentent l'avantage d'être relativement compactes de ne comporter généralement que un ou deux engrenages, et de permettre de réaliser des rapports de vitesse d'entrée et de sortie, sinon infinis, du moins extr9mement importants. Selon l'invention ces machines permettent de transmettre des couples importants avec un rendement qui reste sensiblement constant quelle que soit la valeur des couples appliqués, inférieurs aux couples maximum admissibles. La description suivante se réfère aux schémas annexés, qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de machines de transmission à engrenages selon l'invention. La figure 1 donne un exemple d'engrenage selon l'invent ion. La figure 2 montre une perspective partiellement coupée, d'un premier mode de réalisation préférentielle de l'invention. La figure 3 schématise le système orbital du mode de réalisation figure 2. La figure 4 montre un plan de définition d'un exemple de machine suivant le mode de réalisation des fi gures 2 et 3. La figure 5 montre une perspective partiellement coupée d'un deuxième mode de réalisation préférentielle de l'invention. La figure 6 schématise un principe de train planétaire représenté figure 5. La figure 7 montre un plan de définition d'un exemple de machine suivant le mode de réalisation des figures 5 et 6. La figure 1 montre un exemple d'engrenage, selon l'invention, dans lequel une roue de 50 dents extérieures (lob) s'engrène dans une roue de 51 dents intérieures (2b), défini selon les cinq conditions d'un mode de réalisation préférentielle décrit ci-avant. L'engrènement des deux roues (lb et 2b) se fait par l'intermédiaire desdits contacts d'engrènement qui sont tels que, lors de la rotation de l'axe (01) de la roue intérieure (lob) autour de l'axe ( 2) de la roue extérieure (2b), les dents en contact de la roue intérieure (lb) sont animées d'un mouvement d'avancée radiale par rapport à 'autre roue quitendà enfoncer les dents de la roue intérieure (lob) dans les creux de dent de la roue extérieure (2b), provoquant, pour chaque dent engrenée, un déplacement relatif des deux roues qui se traduit par une rotation d'une des roues, l'autre étant fixe en rotation. En variante, l'engrènement des deux roues peut également se faire en donnant le mouvement de rotation à l'axe (02) de la roue extérieure (2b) autour de l'axe (01) de la roue intérieure (1b). En deuxième variante et plus traditionneXement, l'engrenage selon l'invention peut transmettre un mouvement de rotation d'une roue à l'autre, toutes deux libres en rotation par rapport à leurs axes respectifs qui restent fixes et parallèles entre eux. L'engrenage selon l'invention a pour résultat un nouveau système d'engrènement de deux roues dentées qui présente l'avantage de supporter des efforts relativement importants, d'être plus résistant à l'usure car les contacts d'engrènement sont toujours surfaciels et jamais ponctuels ou linéaires, d'être relativement compact et d'offrir des rapports de réduction relativement important. les figures 2 à 4 donnent un exemple d'une machine de transmission du ype coaxial utilisée comme réducteur de mouvement rotatif comportant un engrenage selon l'invention composé d'un arbre primaire (02) de rotation axiale équilibré par une masselote (13) et supporté par deux roulements (51 et 55), comportant une came sur laquelle est montée un roulement (52), celui-ci supportant une roue à denture extérieure (16), laquelle s' engrenant dans une roue à denture intérieure (05) solidaire du corps extérieur (05 et 08) de la machine.La rotation de l'arbre primaire (02) entraine la roue planétaire (16) qui s'anime alors d'un mouvement hypocycloidal résultant de la rotation de la came de l'arbre (02) et de l'engrènement des deux roues dont la différence du nombre de dents est de une dent. Des doigts (04), habillés de douilles (17), sont implantés dans la roue planétaire (16) et circulent dans les alésages des bagues (07) implantées dans l'arbre (10) de rotation axiale, et dont les diamètres sont tels que l'arbre secondaire (10) n'est pas entrainé par la came, mais seulement par la rotation relative des deux roues, issue de leur engrènement. L'arbre secondaire (10) est alors animé d'un mouvement de rotation égal au quotient de la vitesse de rotation de l'arbre primaire (02) par le nombre de dents de la roue intérieure (16). L'arbre secondaire est supporté par deux roulements (50 et 51) dont un (51) est pourvu d'un flasque d'étan chdité, tout comme le roulement de l'arbre primaire (sot) qui assure une étanchéité relative des mécanismes intérieurs graissés. Un autre mode de réalisation utilisant des bagues à lèvres, permettrait le fonctionnement desdits mécanismes avec un lubrifiant liquide tel que de l'huile. Dans ce mode de réalisation, la machine selon l'invention qui est équipée de huit doigts, peut également fonctionner avec un nombre inférieur de doigts, ou encore, supérieur, pour obtenir une rotation de l'arbre secondaire encore plus homocinétique. Les figures 5 à 7 donnent un exemple d'une machine de transmission de type coaxial utilisé comme réducteur de mouvement rotatif,comportant deux engrenages selon l'invention et composée d'un arbre primaire (onc) supporté par deux roulements (52cet 63c), muni d'une came, sur laquelle est montée trois roulements (54c, 57c et 56c) supportant deux roues à denture extérieure (03c et 05c), solidaires l'une de l'autre et s'engrènant respectivement sur deux roues à denture intérieure (04c et 06c) ; l'une de ces roues (04c) est fixe en rotation et solidaire du corps extérieur (12c et 14c) et l'autre est fixée à 1' arbre secondaire (11c). Des masselottes (13c) placées de chaque coté des roues (03c et 05c) excentrées, équilibrent l'ensemble de l'arbre équipé. Des bagues à lèvres assurent l'étanchéité de l'ensemble. Le mouvement de rotation de l'arbre primaire (onc) est transmis à l'arbre secondaire (11c) avec une réduction de vitesse (R) qui est fonction des nombres de dents choisis. Dans l'exemple de la figure , la machine est équipée de deux engrenages composés de 4 roues ayant un nombre de dents respectivement égal à 49 dents (03c), 50 dents (04c), 50 dents (05c),et 51 dents (06c) et dont le mouvement de rotation de l'arbre primaire (onc) est transmis à l'arbre secondaire (11c) avec une réduction de vitesse (R) telle que Z1, Z2 Z3 et Z4 étant les nombres de dents des roues 3c, 5c, 4c et 6c, soit R= 2499. - REVENDICAEIONS - 1) Machine de transmission caractérisée en ce qu'elle comporte un ou plusieurs engrenages composés chacun d'une roue à denture extérieure (lb) s engrènant à 1' intérieur d'une roue à denture intérieure (2b), dont les dents sont triangulaires ou trapézoldales et dont la différence du nombre de dents des deux roues est de une dent. 2) Machine de transmission selon la revendication t caractérisée en ce que l'engrènement desdites roues est réalisé par des contacts d'engrènement entre les dents de chaque roue, situés essentiellement de part et d'autre de l'axe de symétrie (XX') de l'engrenage et suivant un angle (0 3) Machine de transmission selon la revendication 1 et 2 caractérisée en ce que lesdites roues dentées (lb et 2b) ont desdits contacts d'engrènement surfaciela et non pas ponctuels ou linéaires, où une face plane d'une dent d'une des roues est contre une face plane d'une dent de l'autre roue, les deux faces en contacts étant toujours sensiblement parallèles. 4) Machine de transmission selon la revendication 1 et 2 caractérisée en ce que lesdits contacts d'engrènement situés d'un côté del'axe de symétrie (xi') de l'engre- nage, bloquent la rotation relative des deux roues dans un sens de rotation et ceux de l'autre c8té de l'are de symétrie (xi'), la bloquent dans l'autre sens de rotation. 5) Machine de transmission selon les revendications 1 à 4 caractérisée en ce que lesdites roues dentées s'engrènent sensiblement sans jeu telles que, quelle que soit la position relative d'une roue par rapport à autre au cours du ouvement d'engrènement, il existe, de part et d'autre de l'axe de symétrie (xi') de l'engrenage, un minimum de un à deux contacts dits d'engrènement. 6) Machine de transmission selon la revendication 1 et 2 caractérisée en ce que lesdites roues dentées stengrbeenF par rotation de l'axe d'une roue autour de l'axe de l'autre roue et suivant un rayon de giration dont la valeur (0102) est inférieure ou sensiblement égale à une demi hauteur de dent de la roue intérieure. 7) Machine de transmission selon les revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'elle comporte un engrenage (05 et 16) selon l'invention, ainsi que des doigts (04) implantés dans la roue planétaire (16) qui circulent dans des alésages calibrés, solidaires d'un arbre secondaire (10), et qui transforment le mouvement hypocyclol dal de celle-ci en un mouvement axial rotatif. 8) Machine de transmission selon la revendication 7 caractérisée en ce que les alésages calibrés sont réalisés dans la roue planétaire et les doigts sont implantés dans 1' arbre secondaire. 9) Machine de transmission selon les revendications 6 à 8 caractérisée en ce que le diamètre dudit alésage calibré est sensiblement égal à la somme du diamètre d'un doigt et d'une valeur égale à deux fois ledit rayon de giration (0102) de l'axe de la roue planétaire par rapport à l'axe de l'autre roue. 10) Machine de transmission selon les revendications 1 à 6 caractérisée en ce que les deux engrenages selon l'invention, dont les deux roues intérieures (1d et 3d) sont solidaires l'une de l'autre, sont libres en rotation et animées d'un mouvement orbital par un arbre à came (5d) commun, lesquelles s'engrènent sur leurs roues dentées (2d et 4d) correspondantes avec le même rayon de giration (0102).