Brevet FR2710383A1 — publié le 19950331

AMORTISSEUR POUR ENGRENAGE MENE PAR UN MOTEUR PAS-A-PAS La présente invention est relative à un amortisseur pour engrenage, et plus particulièrement pour un engrenage réalisant une réduction de l'angle de rotation de la sortie d'un moteur électrique pas-à-pas. Dans un tel un moteur pas-à-pas, une accélération brutale est effectuée sur la denture du pignon à chaque passage de pas, cette accélération se transmettant à toutes les roues dentées successives de l'engrenage. Cette accélération est suivie immédiatement par une décélération toute aussi brutale qui provoque le blocage du pignon, qui lui même immobilise simultanément les roues dentées de l'engrenage. Ces variations importantes de vitesse de rotation s'effectuent à une cadence élevée, ce qui provoque des ondes de choc entre le moteur électrique et l'axe de sortie de l'engrenage réducteur. Ces ondes de chocs s'interfèrent entre elles et génèrent un bruit cyclique. Outre l'usure prématurée de l'engrenage due à la fatigue causée par les ondes de chocs répétitives, le bruit engendré dans l'engrenage le rend inutilisable dans de nombreux domaines. Le but de la présente invention est un amortisseur pour engrenage mené par un moteur pas-à-pas permettant d'obvier les inconvénients précités tout en préservant la précision de rotation en sortie d'engrenage. De plus, cet amortisseur doit être conçu de telle sorte que sa réalisation soit peu coûteuse, et qu'elle n'entraîne pas de surplus excessif de consommation d'énergie dans le moteur. Ces buts sont réalisés grâce à un amortisseur pour engrenage mené par un moteur pas-à-pas du fait qu'il comprend une surface cylindrique ménagée sur l'une des roues dentées de l'engrenage, cette surface étant coaxiale à l'axe de la roue, et au moins un doigt de frottement émergeant hors d'un logement solidaire d'une flasque de l'engrenage, l'extrémité de ce doigt appuyant, sous l'action d'un ressort taré logé au fond du logement, contre la surface cylindrique perpendiculairement à l'axe de la roue dentée. Inversement, la surface cylindrique peut être ménagée sur la flasque, le logement avec le doigt de frottement tournant alors avec la roue dentée. Ainsi, les doigts créent un couple de frein tangentiel mesuré sur la roue, et par la même sur toutes les roues, ce qui modifie sensiblement le mode de répercussion des ondes de chocs. De préférence, l'embouchure du logement est conique dans le plan parallèle au plan de la roue dentée, le cône présentant un angle au sommet inférieur à 10 degrés. Les doigts ont alors un rôle d'amortisseur angulaire supplémentaire dû au jeu volontairement laissé entre leur surface extérieure et l'alésage constituant le logement. Le phénomène d'amortissement peut, de plus, être ajusté selon les circonstances en multipliant le nombre de doigts, et/ou en changeant le diamètre de la surface cylindrique, et/ou en changeant la puissance des ressorts. Utilement, la surface cylindrique et le doigt de frottement sont réalisés ou sont revêtus d'un matériau synthétique de coefficient de frottement pré-établi. Ce choix judicieux des matériaux permet à la fois de réaliser économiquement les différentes pièces par injection, et de garantir la fonction d'amortissement dans le temps. Après de nombreux essais en atelier, on a constaté qu'il est préférable que l'amortisseur soit monté en parallèle entre la dernière roue dentée (côté sortie réducteur) et une des flasques du réducteur pour éviter, au mieux, le retour de l'onde de choc vers son origine. De préférence, la surface cylindrique est orientée à l'intérieur vers l'axe de la roue dentée. Alors, deux doigts de frottement, repoussés par un même ressort central, émergent de part et d'autre d'un logement ouvert en ses deux extrémités et situé sur un diamètre de la surface cylindrique. Dans cette configuration, la surface cylindrique interne peut constituer la surface interne de la paroi d'une cloche inversée rapportée contre la face de la roue dentée, et le logement est alors tenu au milieu de l'espace interne de la cloche par un plateau circulaire fixé à la flasque et faisant office de couvercle pour la cloche, ou inversement, la cloche étant rapportée contre la flasque et le plateau contre la roue. Plus particulièrement, le doigt de frottement peut être réalisé en matériau synthétique commercialisé sous la dénomination "Delrin", alors que la cloche peut être réalisée en matériau synthétique commercialisé sous la dénomination "Zitel". Le volume contenu dans la cloche, et fermé par le plateau, peut être rempli d'un liquide visqueux contribuant à la fonction d'amortissement. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et décrit par les figures suivantes: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un amortisseur selon l'invention équipant un engrenage entraîné par un moteur pas-à-pas, - la figure 2 est une vue en coupe de l'amortisseur assemblé, et - la figure 3 est une vue agrandie de l'embouchure du logement contenant un doigt de frottement. Sur la figure 1 est illustré schématiquement un moteur électrique pas-àpas 10, dont l'axe de sortie 12 est en prise avec un engrenage 14 constitué d'une pluralité de roues dentées engrenées. Outre une fonction de transmission de couple de rotation, cet engrenage peut également effectuer une réduction de vitesse de rotation, c'est-à-dire que l'axe de sortie 18 de la dernière roue 16 n'effectue qu'un dixième ou un centième du tour initialement effectué par l'arbre de sortie du moteur 10. L'axe de sortie 18 peut être, par exemple, une vis sans fin déplaçant une pièce taraudée mobile seulement en translation. L'emploi d'un moteur pas-à-pas permet alors de déplacer cette pièce à une vitesse et en une position déterminée avec une très grande précision. Ce dispositif peut être utilisé, entre autres, dans le domaine de la mesure: soit de débit, de dosage, soit au sein d'un dispositif de régulation ou d'asservissement. Toutefois, la progression saccadée inhérente au moteur pas-à-pas engendre un bruit dans l'engrenage du fait que chaque pas de moteur génère une double onde de choc: au début et à la fin. Ces ondes de chocs successives s'interférent en fonction des données géométriques et cinématiques de l'engrenage en un régime vibratoire pouvant présenter un ou plusieurs noeuds d'amplitude maximum. Pour étouffer ce régime vibratoire, on prévoit un amortisseur, de préférence monté sur le dernier engrenage de sortie 16 constituant, en tous les cas, un minimum ou un maximum du régime. Comme illustré sur les figures 1 et 2, cet amortisseur comprend d'une part un plateau fixe 32 solidaire d'une flasque 30 du réducteur, ce plateau supportant un logement 38 contenant des doigts de frottement 36. Ces doigts (ou patins) se présentent perpendiculairement à l'axe X de la dernière roue dentée 16 de l'engrenage 14. Cet amortisseur comprend, d'autre part, une cloche 20 solidaire de la dernière roue dentée 16 et coaxiale au plateau 32. Les doigts appuient, par l'intermédiaire d'un ressort taré 34, sur la surface cylindrique intérieure 21 de cette cloche. Comme mieux illustré sur la figure 3, l'embouchure 39 du logement 38 est légèrement élargie de part et d'autre d'un angle "a" de faible valeur, par exemple compris entre 2 et 6 degrés, de préférence 3 degrés, pour laisser un jeu latéral au doigt de friction 36. Ce jeu modifie sensiblement le mode de réaction de ce doigt contre la surface cylindrique 21 solidaire de la roue dentée 16, et augmente d'autant le facteur d'amortissement. En alternative, le plateau et son logement peuvent faire partie intégrante de la roue de sortie, tandis que la cloche fait alors partie intégrante de la flasque de l'engrenage réducteur. Le plateau 32 fait simultanément office de couvercle pour la cloche 20 ce qui permet de faire fonctionner l'amortisseur dans un bain lubrifiant et visqueux. Ce lubrifiant contribue à améliorer la fonction d'amortisseur. L'étanchéité de l'amortisseur peut être améliorée par une battue de la cloche non illustrée et qui se clipse sur le plateau. Le fait d'implanter l'amortisseur à l'extérieur de la chaîne cinématique du réducteur permet de conserver intégralement la précision de chaque pas généré par le moteur sur l'axe de sortie. L'amplitude des vibrations à amortir est d'autant plus petite que le rapport de réduction est important. Par ailleurs, la fréquence des vibrations sera d'autant plus courte que les dimensions (module, nombre de dents et masse) des roues de l'engrenage sont petites. En pratique, ces mouvements sont plutôt imperceptibles, étant donné que la valeur angulaire à amortir est égale au quotient de la valeur angulaire d'accélération et de décélération due au passage du pas du moteur, et du rapport de réduction du réducteur. Le diamètre de la surface cylindrique 21, la force du ressort taré 34 ainsi que le coefficient de frottement des matériaux composant la cloche 20 et les doigts 36 sont alors établis en fonction des paramètres mentionnés précédemment. Par exemple, dans l'exemple illustré, le diamètre de la surface cylindrique est de l'ordre de 20 millimètres, la force du ressort est de l'ordre de 500 grammes, la cloche est réalisé en matière plastique commercialisé sous la dénomination "Zitel" et les doigts sont réalisés en matière plastique commercialisé sous la dénomination "Delrin". Cet amortisseur évite donc le rebondissement des roues dentées entre elles tout en consommant très peu d'énergie. Ces avantages sont très intéressants en particulier dans le domaine médical o le bruit et l'autonomie des appareils sont déterminants. Par exemple, le dispositif illustré sur les figures peut être intégré dans un élément de mesure et de puissance d'un pousse- seringue. La vis fait partie intégrante de la chaîne cinématique du réducteur. L'écrou non tournant se déplace sur la vis et entraîne un poussoir qui agit sur le corps mobile de la seringue. La variation de débit est obtenue par l'utilisation d'un moteur pas-à-pas. De nombreuses améliorations peuvent être apportées à cet amortisseur dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Amortisseur pour engrenage mené par un moteur pas- à-pas caractérisé en ce qu'il comprend: - une surface cylindrique (21) ménagée sur l'une (16) des roues dentées de l'engrenage, cette surface étant coaxiale à l'axe X de la roue, - au moins un doigt de frottement (36) émergeant hors d'un logement (38) solidaire d'une flasque (30) de l'engrenage, l'extrémité de ce doigt appuyant, sous l'action d'un ressort taré (34) logé au fond du logement, contre la surface cylindrique (21) perpendiculairement à l'axe X de la roue dentée, ou inversement, la surface cylindrique étant ménagée sur la flasque, le logement avec le doigt de frottement tournant avec la roue dentée. 2. Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embouchure (39) du logement (38) est conique dans le plan parallèle au plan de la roue dentée, le cône présentant un angle au sommet inférieur à 10 degrés. 3. Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface cylindrique (21) et le doigt de frottement (35) sont réalisés ou sont revêtus d'un matériau synthétique de coefficient de frottement pré-établi. 4. Amortisseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est monté sur la dernière roue de sortie de l'engrenage. 5. Amortisseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface cylindrique (21) est orientée à l'intérieur vers l'axe de la roue dentée (16), et en ce que deux doigts de frottement (36) repoussés par un même ressort central (34) émergent de part et d'autre d'un logement (38) situé sur un diamètre de la surface cylindrique. 6. Amortisseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface cylindrique interne (21) est la surface interne de la paroi d'une cloche inversée (20) rapportée contre la face de la roue dentée (16), et en ce que le logement (38) est tenu dans la cloche par un plateau (32) circulaire fixé à la flasque et faisant office de couvercle pour la cloche (20), ou inversement, la cloche étant rapportée contre la flasque et le plateau contre la roue. 7. Amortisseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le volume contenu dans la cloche et fermé par le plateau est rempli d'un liquide visqueux. 8. Amortisseur selon la revendication 3 et 6, caractérisé en ce que le doigt de frottement est réalisé en matériau synthétique commercialisé sous la dénomination "Delrin", alors que la cloche (20) est réalisée en matériau synthétique commercialisé sous la dénomination "Zitel".