Brevet FR2803356A1 — publié le 20010706

présente invention concerne les dispositifs de réductions de vitesse pour machines tournantes ; elle pour objet minoration du couple réactif engendré par le couple résistant utilisé en sortie de réducteur. Dans l'état actuel de la technologie, un réducteur de vitesse ne peut pas -remplir son office sans une réaction égale opposée au couple utilisé à sa sortie. règle générale, ce couple réactif est repris le carter extérieur du dispositif, lui-même en appui sur un support rigide assurant la stabilité de 'L'ensemble en rotation. est cependant possible, par la technologie développée ci-après, de n'obtenir sur le carter extérieur de l'appareil qu'une faible fraction du couple d'utilisation (en theorie, ce couple réactif pourrait être voisin de zéro). La condition primordiale, pour obtenir la neutralisation partielle ou totale du couple réactif, de créer dans un même dispositif les conditions permettant d'obtenir deux organes fixes en rotation et recevant couples statiques inversés l'un par rapport à l'autre. minoration plus ou moins importante du couple réactif sur le carter extérieur du dispositif dépend de la précision d'ajustement de ces deux couples antagonistes. couple statique, on entend l'organe ne tournant pas mais recevant un couple. Exemple : le stator d'un moteur électrique ; celui-ci reçoit, par réaction, le même couple que le rotor, mais il ne tourne pas. Il en est de même pour l'organe fixe en rotation indispensable au fonctionnement d'un train de réduction planétaire. Suivant l'invention, pour obtenir une diminution du couple réactif global, le dispositif doit posséder impérativement deux points de réaction fixes, celui d'entrée étant sollicité en sens inverse de celui de sortie. L'invention s'appuie sur l'équilibrage mécanique de ces couples ; elle peut être appliquée, soit à la réalisation de réducteurs (dans ce cas, le moteur d'entraînement n'est pas inclus seul, le réducteur seul est équilibré) ou de moto réducteurs (le stator du moteur d'entraînement et le point fixe d'un étage de réduction planétaire forment, dans cas, les deux couples antagonistes). L'opération d'équilibrage consiste à opposer et ajuster, par une liaison mécanique appropriée, le premier couple statique du dispositif au second couple statique de sens inverse. Pendant le travail, la stabilisation complète en rotation du dispositif, mesurée sur le carter extérieur est obtenue lorsque l'ajustement du système mécanique permet, par équilibrage, la neutralisation des deux couples statiques de sens opposés. Les deux organes recevant ces couples statiques sont les seuls reliés directement au carter extérieur. Le calcul et l'ajustement des différents bras de leviers de jonction reliant ces deux organes a pour objectif la neutralisation au plus près du couple réactif appliqué au carter enveloppe du dispositif. Les applications inventives présentées ci-après découlent donc du même principe de base : l'équilibrage de deux couples statiques opposés à l'intérieur d'un mécanisme de génération ou de transmission des couples. Ce principe est illustré dans la figure 1 et 2. La figure 1 concerne plus particulièrement les organes réducteurs dans le cas où le couple est généré en amont par un moteur indépendant. Exemple : le relais de transmission d'un véhicule 4x4. La figure 2 concerne les moto réducteurs dans le où un moteur rotatif est intégré au mécanisme de réduction. Exemple : une perceuse portative. Ces deux figures démontrent qu'une !liaison mécanique appropriée entre deux pièces recevant des couples statiques de sens inverse permet, par équilibrage, de maîtriser le couple rotatif de l'ensemble du système. Dans le cas d'une l'éventuelle différence existant entre ces deux couples opposés, le carter enveloppe conditionnant le dispositif ne peut recevoir comme sollicitation en rotation que la valeur de cette différence. En utilisation, si la variation de 'La valeur couples est symétrique et simultanée, la condition d'équilibre n'est pas modifiée. En effet, la force tangentielle motrice et la force tangentielle résistante sont identiques pour une liaison mécanique donnée ; c'est la pression de contact organes entre eux. La variation de la vitesse de rotation du couple ne change pas cette égalité permanente des forces de contact. Les forces tangentielles appliquées aux leviers ou au rayon des roues dentées sont dans la séquence de travail toujours de même sens. Y compris dans le cas ou le système est bloqué en rotation par saturation du couple moteur. La rotation plus ou moins rapide du système de réduction, ainsi que la valeur du couple transmis, dépendent de la puissance motrice disponible, par rapport au couple d'utilisation augmenté des pertes dues aux frottements. Mais quelle que soit la puissance transmise, les conditions théoriques d'équilibrage des deux couples statiques par des dispositifs longitudinaux (les leviers) ou radiaux (le rayon des pignons)sont invariables. La mise en équilibre de deux couples statiques opposés est, selon l'invention, la condition essentielle recherchée dans les applications technologiques suivantes. Applications : Création d'appareils de réduction de vitesse auto-équilibrés (qui, par effet induit, augmentent le couple). La condition technologique recherchée est obtention de deux couples statiques, coaxiaux, opposés et ustés l'un à l'autre. Dans le cas de dispositifs de réduction n'incluant pas le moteur d'entraînement, l'emploi de deux systèmes de réduction planétaire se faisant suite est obligatoire afin de disposer de deux points fixes. Chacun des trains de réduction planétaire necessite, pour son fonctionnement, un point d'appui fixe rotation qui peut être : soit le porte satellites, soit la couronne dentée, les deux solutions donnant des résultats voisins. La mise en équilibre de l'ensemble nécessite de choisir l'organe fixe en rotation de chaque train, soumis à un couple statique opposé à celui de l'autre train, et d'en ajuster les valeurs. Par combinaison des possibilités de jonction, plusieurs types de solutions technologiques sont donc possible. Figures 3 & 4. Les satellites à doubles dentures ne sont pas obligatoires sur le premier train de réduction. Cependant, leur emploi permet d'obtenir l'ajustement du rapport des couples entre la couronne et le porte satellites. Ce rapport entre ces deux couples, dont l'un est statique, commande la viabilité technologique des pignons du deuxième train. Par contre, sur le second train, cette configuration à satellites à doubles dentures est obligatoire. Cette configuration permet d'assurer à la fois l'équilibrage précis du couple appliqué au point fixe de ce train par rapport au précédent, ainsi que la continuité dans la distribution du couple jusqu'à l'utilisation en sortie. L'algorithme d'optimisation du système englobe l'ensemble des roues dentées ; il permet d'obtenir des pignons réalisables de dimensions voisines. détail a une grande importance pour la miniaturisation de type de réducteur, ce qui est l'un des buts recherches. Dans les calculs, la variable d'optimisation est la démultiplication finale. Les critères technologiques de réalisation des engrenages composant les trains planétaires restreignent le nombre de réductions possibles. Dans le cas de systèmes à deux satellites, la couronne et le planétaire doivent posséder un nombre dents multiples de deux [de trois dans le cas de trois satellites]. Par contre, les satellites à double denture n'ont comme condition restrictive dfemploi que le fait d'être identiques entre eux sur un même train Cette particularité donne une grande souplesse d'ajustement, car l'on peut faire varier ces satellites dent dent. Cela autorise, avec un taux d'équilibrage voisin de 1, de nombreuses solutions de réduction, ceci grâce à l'emploi des satellites à doubles pignons sur les deux trains. Ces dispositifs de réduction de vitesse ont été étudiés comme des organes complémentaires au moto réducteur décrit ci-après afin d'en améliorer les performances. Dans les faits, ils peuvent être utilisés derrière n'importe quel moteur, à la condition que le couple statique de celui-ci soit repris par des supports, ce qui est le cas de tous les moteurs équipant les véhicules automobiles. Le couple utilisé en sortie du dispositif de réduction ne peut être qu'inférieur ou, au plus, égal au couple moteur d'entrée multiplié de la valeur de la réduction. Dans cette utilisation, le dispositif de réduction doit obligatoirement comporter deux trains planétaires afin de pouvoir disposer de deux couples statiques opposés. L'équilibrage de ces couples antagonistes est effectué de façon radiale par des roues dentées de rayons différents. Description et fonctionnement Version couronne fixe figures 3 & 4 Le pignon planétaire (1) entraîne en rotation les satellites à double denture (2) qui Prennent sur la couronne dentée (4) reliée de façon élastique au carter (8 . Le porte satellites (3) commun aux deux trains de réduction est entraîné en rotation dans le même sens que le planétaire (1). La réaction sur la couronne (4) est de sens opposé. Ce premier train de réduction épicycloïdal a pour fonctions : 1) d'assurer l'ordre de grandeur de la réduction de vitesse choisie, 2) de créer un couple statique. Les satellites à double denture permettent par la différence de leurs rayons de gérer l'écart entre le couple appliqué à la couronne, et celui du porte satellites. Ce ratio est défini de façon à optimiser l'équilibrage par les pignons du deuxième train. T _#,e deuxième train de réduction a pour fonction la créa-Lion d'un couple statique antagoniste ajusté précédent, et d'assurer la transmission du couple sur l'arbre de sortie. Les satellites doubles (6) sont entraînés en rotation par le porte satellites (3) commun aux deux trains. Les pignons amont des satellites (6) engrènent sur le pignon (5) solidaire de la couronne fixe, les pignons avals sur le pignon solidaire de l'arbre de sortie (7). Le rayon du pignon fixe (5) définit le moment du couple. La différence des rayons des satellites doubles détermine la valeur de la force tangentielle appliquée à ce pignon fixe, ceci de façon proportionnelle au couple résistant utilisé en sortie. Ce couple appliqué au pignon fixe (5) est de sens inverse à celui de la couronne (4) ; ces deux pièces sont monobloc. Version couronne mobile figures et schémas 5 & 6 Cette version diffère de la précédente par l'inversion des points fixes. Sur le premier train, le porte satellites est fixé sur le carter extérieur ; c'est la couronne dentée qui tourne. Sur le deuxième train, les satellites doubles prennent, sur le coté aval, appui sur un pignon solidaire du carter extérieur. Les couples appliqués sur les deux organes fixes en rotation sont comme dans les autres cas sensiblement égaux et de -,eris inverse. Le carter extérieur sur lequel (-es deux pièces sont fixées est sollicité en torsion. Mais seule l'éventuelle différence de deux couples statiques peut être communiquée à son environnement. Description et fonctionnement : pignon planétaire (1) entraîne les satellites doubles (2), en appui sur le porte sateLiites (3) fixé au carter extérieur (8). La couronne dentée (4) est entraînée en rotation dans le sens inverse du planétaire (1). Le pignon (5) solidaire de la couronne dentée (4) entraîne en rotation les satellites doubles (6) ; les pignons avais de ces satellites engrènent avec le pignon (7) fixé le carter extérieur au même titre que le porte satellites (3). Le porte satellites (5) fait, de plus, office d'arbre de sortie du réducteur. schémas joints aux figures décrivent le fonctionnement de la chaîne cinématique et l'orientation des couples, afin de faciliter une meilleure compréhension du système. Dans les deux exemples décrits ci-dessus, Ilequilibrage des deux couples antagonistes est obtenu par la définition et l'ajustage de l'ensemble de la chaîne cinématique. Neutralisation du couple réactif d'un moto réducteur. Figure 7. Dans ce cas, un moteur rotatif est incorporé au dispositif ; le couple réactif du stator par rapport à celui du rotor fournit l'un des deux couples, l'autre étant donné par la partie fixe d'un train de réduction planétaire Ces deux couples sont différents de la valeur totale de la réduction du train planétaire de so-rtie. L'emploi un dispositif d'équilibrage à leviers croisés entre les deux couples statiques s'avère être la solution la plus appropriée. Dans cette application, la pièce fixe du train planétaire de réduction placé en opposition au stator moteur d'entraînement ne nécessite pas l'emploi de satellites à doubles dentures. En effet, la définition du rapport des bras de leviers et leurs réglages possibles permettent de réaliser l'équilibrage des couples sans trop se soucier des contraintes imposées par le taillage des engrenages, comme dans les exemples précédents. Cette solution est particulièrement adaptée à la réalisation de matériels portatifs tels que perceuse, visseuse, ... (en fait, toutes les applications de même genre). Le couple réactif dans ce type d'appareils est repris par la (ou les) main(s) de l'opérateur ; cette condition en limite l'utilisation pour des raisons de sécurité. Ce dispositif suivant l'invention réduit fortement la réaction due au couple sur les poignées, ou tout autre mode de maintien d'un moto réducteur ; il est de ce fait particulièrement bien adapté pour cet usage. La technologie décrite est limitée par la dimension des leviers ; dans le cas d'un besoin en démultiplication important, il suffit d'ajouter, en sortie du moto réducteur, un ou plusieurs étages de réduction tels qu'ils sont décrits au paragraphe précédent. Description et fonctionnement suivant repères indiqués figure 7. Le stator du moteur rotatif (1) est fixe sur le demi carter (2). Le porte satellites (3) du train de réduction planétaire est solidarisé au deuxième demi-carter Les deux organes (1) & (3) sont reliés entre par les leviers d'équilibrages croisés (5) & (6). L'intersection de ces deux leviers croisés s'effectue sur l'axe général de rotation repère (7) ; à cet endroit, cet axe est équipé d'une rotule libre en rotation afin d'éviter la formation d'un couple parasite. Le point d'intersection des deux leviers est proportionnel à la différence des deux couples antagonistes. Le produit de la grande longueur (L 2) des leviers par le couple le plus petit est égal à sa petite longueur (L 1) par le plus grand. La précision de cet ajustement détermine la valeur et le sens du couple réactif subsistant. Un réglage fin de cet état d'équilibre entre ces deux couples antagonistes peut être facilité par un déplacement relatif des deux demi-carters, les rotules repère (10) sont coulissantes sur l'un des cotés des leviers de liaisons (5) & (6). Une fois ce réglage effectué, les deux 1/2 carters sont solidarisés par un dispositif autorisant un degré de liberté en rotation. Ce sont les leviers (5) & (6) qui doivent reprendre le couple de torsion, et non les 1/2 carters assemblés. Cette condition permet d'absorber les déformations élastiques du système, sans créer un couple réactif parasite vis à vis de l'extérieur. N.-B.: Dans le cas d'une utilisation pour des opérations de meulage ou similaires, la force tangentielle est souvent prédominante. Certes, les poignées ne risquent pas de tourner dans les mains de l'opérateur (le couple), mais celui-ci se doit d'assurer l'équilibrage de cette force tangentielle, cette invention ne neutralisant: que les couples. REVENDICATIONS 1- Système d'équilibrage de deux couples statiques opposés à l'intérieur d'un mécanisme de génération ou de transmission de couple, comportant une source d'énergie rotative integrée dont le stator fournit -J'un des deux couples statiques, caractérisé en ce que le deuxieme couple antagoniste opposé au précèdent est fourni par la pièce fixe en rotation un train planétaire entraîné par le rotor, la partie tournante de ce train étant reliée à l'arbre de sortie du dispositif, et en ce que la liaison mécanique entre les deux couples statiques antagonistes est réalisée oar deux leviers en X dont le PoInt d'intersection est positionné de telle façon que le rapport des bras de leviers équilibre la différence entre les deu:, couples statiques. 2- Système d'équilibrage de deux couples statiques oo-osés selon la re- Tendication en cue les # t-I - leviers croisés sont terminés par des rotules, fixes d'un coté et coulissantes de l'autre, l'écartement de ces rotules permettant de régler la valeur du couple réactif généré par le travail sortie de l'appareil. 3- Systeme d'équilibrage de deux couples statiques opposés selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans le cas de l'utilisation d'une source drénergie rotative externe, deux trains de réduction planétaire sont disposés en série, chacun d'eux comportant un point d'appui fixe en rotation qui peut être soit le porte satellites, soit la couronne dentée, la mise en équilibre de l'ensemble étant lié au choix de l'organe fixe en de chaque train soumis à un couple opposé à celui de l'autre train. 4- système d'équilibrage de deux couples opposés selon la revendication 3 caractérisé en ce que le porte satellites du premier train planétaire fixe sur le carter extérieur e,L--- la couronne dentée est mobile. 5- Système d'équi'ibrage de-um couples statiques opposés selon la revendication caractérisé en ce que le porte satellites du premier train planétaire est mobile et la couronne dentée est fixe sur le carter. 6- Système d'équilibrage deux couples statiques opposés selon la revendication caractérisé en ce que le porte satellites est commun deuz trains planétaires. 7- Système d'équilibrage deu-z couples statiques opposés selon la revendication caractérisé en ce que la couronne de sortie du premier train planétaire et le pignon d'entrée du deuxième train planetai-re sont solidaire.