Brevet FR2725767A1 — publié le 19960419

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine de la transmission de mouvement et de couple en rotation, et a pour objet un mécanisme de transmission, plus particulièrement un réducteur, à train épicycloidal et avec châssis fixe, c'est-à-dire sans châssis tournant. Il existe déjà actuellement de nombreuses réalisations de réducteurs planétaires à trains d'engrenages épicycloidaux qui présentent théoriquement l'avantage de pouvoir transmettre des couples élevés dans un encombrement réduit, du fait de la division de l'intensité des efforts à transmettre par le nombre de satellites qu'ils comportent. Cependant, dans la pratique, la réalisation de ces mécanismes à engrenages donne naissance à des difficultés techniques importantes et difficiles à résoudre, liées principalement aux imperfections de fabrication et aux caractéristiques limitées, en terme de résistance, des matériaux et des éléments constitutifs. Cette dernière source de difficultés résulte en premier lieu des roulements assurant le guidage en rotation des satellites sur le châssis tournant, dont les capacités, en termes de charges, sont généralement largement dépassées par les possibilités des engrenages. En vue de tenter de pallier, au moins en partie, les inconvénients précités, il a été proposé par le brevet français n0 1533 859 un mécanisme de transmission à engrenages épicycloidaux essentiellement constitué d'une part, par un pignon ou une roue planétaire engrenant avec un train épicycloidal comprenant plusieurs pignons satellites, d'autre part, par deux couronnes latérales espacées, à denture intérieure, engrenant avec lesdits pignons satellites et solidaires du châssis, et, enfin, par une couronne centrale à denture intérieure, engrenant avec lesdits pignons satellites et solidaire, au moins cinétiquement, avec l'organe à entraîner. Ce mécanisme connu comporte également un ensemble de cages annulaires qui supportent radialement les satellites Les charges radiales importantes générées par les engrenements des satellites et des couronnes à denture intérieure sont supportées par ces cages annulaires intérieures, mais le positionnement régulier des satellites autour desdites cages annulaires et des pignons ou roues planétaires n'est pas assuré au montage. D'autre part, ces cages annulaires sont disposées dans des rainures sur les satellites, engendrant de ce fait des difficultés de montage, et les dentures du pignon planétaire central doit être situé dans un plan passant par les centres de la longueur des dents des satellites. La présente invention a notamment pour but de perfectionner un mécanisme du type décrit précédemment, en supprimant les difficultés de montage inhérent à l'emboîtement des cages annulaires dans des rainures, en facilitant le positionnement régulier au montage des satellites autour des pignons ou roues planétaires, et en adoptant une construction permettant de compenser les imprécisions de fabrication; de s'affranchir de la position centrale du pignon solaire et d'utiliser si nécessaire une denture hélicoïdale. A cet effet, la présente invention a pour objet un mécanisme de transmission, notamment réducteur, à train épicycloiïdal et avec châssis fixe, c'est-à-dire non tournant, constitué, d'une part, par un pignon ou une roue planétaire engrenant avec un train épicycloidal comprenant au moins trois pignons satellites, d'autre part, par deux couronnes latérales espacées, à denture intérieure, engrenant avec les dits pignons satellites et solidaires du châssis, et, enfin, par une couronne centrale à denture intérieure, engrenant avec lesdits pignons satellites et solidaire, au moins cinétiquement, avec l'organe à entraîner, le pas normal des dentures de tous les engrenages précités étant identique, caractérisé en ce que les pignons satellites sont libres dans leur direction axiale et sont prolongés, à leurs deux extrémités, par des portions cylindriques lisses prenant appui, avec faculté de roulement, sur des bagues support de guidage en rotation, guidés dans la direction axiale des flasques latéraux obturant le volume délimité par les couronnes et comprenant notamment les pignons satellites épicycloïdaux. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci- après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un mécanisme de transmission selon l'invention; les figures 2A, 2B et 2C montrent, d'une part, les efforts engendrés sur des engrenages classiques lors de la transmission de couples (fig. 2A et 2B) et, d'autre part, les composantes des efforts résultants au niveau de la denture; la figure 3 illustre schématiquement les efforts présents dans le mécanisme conforme à l'invention; et la figure 4 illustre schématiquement les efforts s'exerçant sur un pignon satellite. Comme le montre la figure I des dessins annexés, le mécanisme de transmission 1, du type réducteur, à train épicycloidal et sans châssis tournant, est essentiellement constitué, d'une part, par un pignon ou une roue planétaire 2 engrenant avec un train épicycloidal comprenant au moins trois pignons satellites 3, d'autre part, par deux couronnes latérales 4, 4' espacées, à denture intérieure, engrenant avec lesdits pignons satellites 3 et solidaires du châssis 5, et, enfin, par une couronne centrale 6 à denture intérieure, engrenant avec les dits pignons satellites 3 et solidaire, au moins cinétiquement, avec l'organe à entraîner 7, le pas normal des dentures de tous les engrenages précités étant identique. Conformément à l'invention, les pignons satellites 3 sont libres dans leur direction axiale et sont prolongés, à leurs deux extrémités, par des portions cylindriques lisses 8 prenant appui, avec faculté de roulement, sur des bagues support 9, 9' de guidage en rotation, guidés dans la direction axiale par des flasques latéraux , 10' obturant le volume délimité par les couronnes précités 4, 4' et 6 et comprenant notamment les pignons satellites 3 épicycloidaux. Les pignons satellites 3, par exemple au nombre de trois (voir figure 3), sont entraînés par le pignon ou la roue planétaire 2 et entraînant la couronne centrale 6 et roulent par l'intermédiaire de leur portions cylindriques lisses 8 sur les bagues support 9,9' en engrenant avec les couronnes latérales 4,4' fixes. Dans le cadre de la présente invention, le demandeur a tenu compte du fait que dans le cas de dentures à développante de cercle, comme cela est le cas pour le mécanisme selon l'invention, les efforts engendrés sur les engrenages par le couple à transmettre passent par le point de tangence I des cercles primitifs de fonctionnement, et sont tangents aux cercles de base des roues couronnes ou pignons dentées composant l'engrenage. Cette particularité est représentée sur la figure 2A pour le cas de deux engrenages à denture extérieure, tels que la roue ou le pignon planétaire 2 et un pignon satellite 3, par exemple, et sur la figure 2B pour le cas d'un pignon à denture extérieure engrenant avec une couronne à denture intérieure, tels qu'un pignon satellite 3 avec la couronne centrale 6, par exemple. Dans ce cas, l'effort perpendiculaire aux axes de rotation des engrenages sur les dentures peut être directement déduit du couple auquel est soumis le pignon, la roue ou la couronne dentée par la formule: Fbt = C/Rb avec C = couple sur l'engrenage Rb = rayon du cercle de base Fbt = effort sur la denture perpendiculairement aux axes de rotation et tangent au cercle de base On en déduit alors, à partir de l'angle de pression apparent de fonctionnement ut, les efforts tangentiels Ft et radiaux Fr aux cercles primitifs de fonctionnement (figure 2C des dessins annexés): Ft = Fbt x cos(at) Fr = Fbt x sin(at) L'effort axial Fx dû à l'inclinaison de denture se déduisant de l'inclinaison Bb de l'hélice au cercle de base, on peut alors exprimer Fx = Fbt x tan(B3b) = Ft x tan(B) Or, la définition de la denture étant identique pour tous les engrenages composant le mécanisme selon l'invention, l'angle d'hélice au cercle de base est identique pour tous. En se reportant à présent aux figures 3 et 4 des dessins annexés, il en résulte, en effectuant l'examen de l'engrènement du planétaire simple composé des couronnes 4,4' et 6 engrenant avec un pignon satellite 3, que l'équilibre des couples se traduit par le fait que le couple dû à l'engrènement du pignon satellite 3 avec la couronne centrale 6 (C36) est égal et opposé au couple dû à l'engrenement du pignon satellite 3 avec les couronnes latérales 4,4' (C34). Donc (C36) = -(C34), ce qui permet d'aboutir aux efforts tangentiels par: Fbt(36) = - Fbt(34) = C36/Rb3 = C'36/Rb3 et aux efforts axiaux par: Fx(36) = - Fx(34) = Fbt(36) x tan(Bb) = - Fbt(36) x tan(B3b) Ce qui montre que les efforts axiaux sont équilibrés pour cet engrènement. De même, l'examen de l'engrenement du planétaire simple, composé des couronnes 4 et 4' et du pignon planétaire 2 engrenant avec un pignon satellite 3, montre que l'équilibre des couples se traduit par le fait que le couple dû à l'engrenement du pignon 3 avec le pignon planétaire 2 (C32) est égal et opposé au couple dû à l'engrenement du pignon satellite 3 avec les couronnes 4, 4' (C'34) Donc (C32) = -(C'34), ce qui permet d'aboutir aux efforts tangentiels par: Fbt(32) =- Fbt'(34) = C32/Rb3 = C'34/Rb3 et aux efforts axiaux par: Fx(32) = - Fx'(34) = Fbt(32) x tan(Bl3b) =- Fbt'(34) x tan(13b) Ce qui montre également que les efforts axiaux sont équilibrés pour cet engrènement. Ainsi, en application des lois de la mécanique, il est possible d'affirmer ainsi que l'ensemble des forces axiales engendrées dans les pignons satellites 3 du train planétaire composé par les couples moteur et résistant est parfaitement équilibré, et ne nécessite aucun appui dans le sens axial des dits pignons satellites 3. Ainsi, en faisant le bilan des forces au niveau des différents engrenements faisant partie du mécanisme de transmission I selon l'invention, à savoir couronnes latérales 4, 4'/pignons satellites 3, couronne centrale 6/pignons satellites 3 et pignon ou roue planétaire 2/pignons satellites 3, on constate que les forces tangentielles et axiales (pour des dentures hélicoïdales) au niveau des pignons satellites 3 sont parfaitement équilibrées. De plus, les forces radiales résultant de l'angle de pression des engrenages sont centripètes et tendent à rapprocher les pignons satellites de l'axe central (axe du pignon ou de la roue planétaire 2) du mécanisme de transmission 1, ces forces étant entièrement reprises et compensées au niveau des bagues support 9, 9', présentent spécifiquement une très grande résistance. En outre, dans le cas ou les différents engrènements sont réalisés par l'intermédiaire de dentures hélicoïdales, les efforts axiaux exercés sur les couronnes 4, 4' et 6 et sur le pignon ou la roue planétaire 2 du fait de leur engrènement avec les pignons satellites 3 sont tous transmis directement au châssis 5 pour les couronnes 4 et 4' qui en sont solidaires, par l'intermédiaire de l'organe à entraîner 7 et des roulements 14 et 14' pour la couronne 6, par l'intermédiaire des roulements 15 et 15' (ou éventuellement des roulements de l'organe moteur) pour le pignon ou roue planétaire 2. Selon une première caractéristique de l'invention, représentée à la figure 1 des dessins annexés, le mécanisme de transmission I comporte deux anneaux de positionnement il, 1 Il', préférentiellement en un matériau élastique, montés autour des bagues support 9, 9' et comportant des logements circonférentiellement équidistants entre eux et pouvant (en vue de leur maintien en position) recevoir les portions cylindriques lisses 8 des pignons satellites 3, I'ensemble formé par le train de pignons satellites 3, les bagues support 9, 9' et les anneaux de positionnement 1, I l' étant libres individuellement dans un plan perpendiculaire aux axes desdits pignons satellites 3, les éléments constitutifs précités 3, 9, 9', I 1, I l' dudit ensemble n'étant pas rigidement liés entre eux. Cette liberté de mouvement des différents éléments 3, 9, 9', i l, l', indépendants l'un de l'autre, dudit ensemble entre eux dans les directions perpendiculaires aux axes des pignons satellites 3 (et donc de la roue ou pignon planétaire 2), permet à chacun des éléments satellites 3, bagues 9 et 9' de prendre la position la mieux appropriée pour les efforts radiaux résultants centripètes qui s'exercent sur les bagues 9 et 9' se neutralisent, même en présence d'imperfections de fabrication, et par voie de conséquence assure la répartition de manière égale des charges tangentielles dues au couple à transmettre sur chacune des dentures des satellites 3. Le couple est ainsi divisé de manière égale par un nombre n (n étant égal au nombre de satellites) sur tous les engrènements. Les deux anneaux de positionnement 11 et 11', permettent également de faciliter le montage des pignons satellites 3 en fixant dès le début leur répartition équidistante et uniforme autour de l'axe du pignon ou de la roue planétaire 2 Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la couronne centrale 6 présente un nombre de dents inférieur ou supérieur d'une quantité n au nombre de dents des couronnes latérales 4, 4', n correspondant au nombre p de pignons satellites 3 présents ou à un multiple de celui-ci Cette différence de nombre de dents est avantageusement compensée par un déport de denture de manière à assurer un engrenement adapté avec les pignons satellites 3. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, représentée à la figure I des dessins annexés, l'organe à entraîner 7 consiste en une roue ou un galet d'entraînement ou de propulsion dont la bande de roulement 13 est assujettie sur la circonférence extérieure de la couronne centrale 6 et repose, par l'intermédiaire de deux paliers à roulement intermédiaires 14, 14', sur les deux couronnes latérales 4 et 4', permettant de limiter les forces de frottement entre l'organe mobile extérieur et le châssis 5. Toutefois, l'organe à entraîner 7, monté sur la couronne centrale 6, peut également consister en un pignon ou roue denté(e) entraînant une autre roue ou pignon dentée, en un pignon ou une roue engrenant avec une chaîne, en une poulie entraînant une courroie ou analogue (non représentés). Le pignon planétaire 2 peut être directement constitué par l'axe du rotor d'un moteur électrique ou un arbre entraîné similaire et peut être porté par un ou des roulements 15 monté(s) dans le flasque latéral 10 ou 10' traversé par le dit arbre ou axe. Il peut également être prévu deux arbres d'entraînement opposés comprenant chacun un engrenage planétaire 2 et traversant chacun respectivement un des deux flasques latéraux 10 ou 10', ces derniers assurant l'étanchéité au niveau des dits arbres ou axes et des couronnes latérales 4 et 4'. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Mécanisme de transmission, notamment réducteur, à train épicycloiïdal et avec châssis fixe, essentiellement constitué, d'une part, par un pignon ou une roue planétaire engrenant avec un train épicycloidal comprenant au moins trois pignons satellites, d'autre part, par deux couronnes latérales espacées, à denture intérieure, engrenant avec les dits pignons satellites et solidaires du châssis, et, enfin, par une couronne centrale à denture intérieure, engrenant avec les dits pignons satellites et solidaire, au moins cinétiquement, avec l'organe à entraîner, le pas normal des dentures de tous les engrenages précités étant identique, caractérisé en ce que les pignons satellites (3) sont libres dans leur direction axiale et sont prolongés, à leurs deux extrémités, par des portions cylindriques lisses (8) prenant appui, avec faculté de roulement, sur des bagues support (9, 9') de guidage en rotation, guidés dans la direction axiale par des flasques latéraux (10, 10') obturant le volume délimité par les couronnes (4, 4' et 6) précitées et comprenant notamment les pignons satellites (3) épicycloïdaux. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux anneaux de positionnement (il, 1 l'), préférentiellement en un matériau élastique, montés autour des bagues support (9, 9') et comportant des logements circonférentiellement équidistants entre eux et pouvant recevoir les portions cylindriques lisses (8) des pignons satellites (3), l'ensemble formé par le train de pignons satellites (3), les bagues support (9, 9') et les anneaux de positionnement (1 1, 1 l') étant libres individuellement dans un plan perpendiculaire aux axes desdits pignons satellites (3), les éléments constitutifs précités (3, 9, 9', I 1, 1 l') dudit ensemble n'étant pas rigidement liés entre eux. 3. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les différents engrènements sont réalisés par l'intermédiaire de dentures hélicoïdales. ll 4 Mécanisme selon l'une quelconque des revendications I a 3, caractérisé en ce qu'il comporte trois pignons satellites (3). 5. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications I a 4, caractérisé en ce que l'organe à entraîner (7) consiste en une roue ou un galet d'entraînement ou de propulsion dont la bande de roulement (13) est assujettie sur la circonférence extérieure de la couronne centrale (6) et repose, par l'intermédiaire de deux paliers à roulement intermédiaires (14, 14'), sur les deux couronnes latérales (4 et 4'). 6. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'organe à entraîner (7) consiste en un pignon ou roue denté(e), pouvant engrener avec une autre roue ou un autre pignon denté(e) ou encore avec une chaîne 7. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'organe à entraîner (7) consiste en une poulie entraînant une courroie.