Brevet FR2832480A1 — publié le 20030523

REDUCTEUR avec EXCENTRIQUES Lorsqu'un train d'engrenages est composé d'une couronne à denture intérieure et d'une roue à denture extérieure engrenant ensemble, le nombre de dents de la roue à denture extérieure étant légèrement inférieur à celui de la couronne à denture intérieure, l'entraxe entre la roue à denture extérieure et la couronne à denture intérieure est très faible, il est égal à la moitié de la différence des nombres de dents multiplié par le module. En faisant osciller à l'aide d'excentriques soit la roue dans la couronne soit la couronne autour de la roue, il est possible d'obtenir avec un seul train d'engrenages un rapport de réduction ou de multiplication important puisque sa valeur est égale au nombre de dents de la roue divisé par la différence des nombres de dents de la couronne et de la roue. L'oscillation de la couronne autour de la roue peut se faire par la rotation synchronisée et simultanée de deux excentriques dont les axes sont parallèles aux axes de la couronne et de la roue dentée, ces deux excentriques tourillonnent dans la partie extérieure de la couronne à denture intérieure, ceci est visible sur la figure 1 de la demande de brevet européen EP 0 465 292 Al. Les paliers des excentriques reprennent alors des efforts correspondant au couple basse vitesse mais ils tournent avec une vitesse élevée puisqu'elle est égale à la basse vitesse multipliée par le rapport de réduction du train d'engrenages à excentriques, ces paliers supportent de gros efforts en tournant relativement vite. Lorsque la différence de nombres de dents entre couronne et roue dentée est faible, entre deux et quatre dents, les conditions d'engrènement sont telles que d'une part la portance se fait sur des surfaces et non pas sur des lignes et que d'autre part les glissements relatifs entre les dents en contact sont pratiquement inexistants, les dents travaillent comme des cannelures, en conséquence, les charges transmissibles par un tel train d'engrenages sont très importantes, leur limite n'est pas fixée par les dents proprement dites mais par les paliers des excentriques d'une part et par l'ovalisation de la couronne à denture intérieure d'autre part. Le but de la présente invention est un réducteur avec excentriques qui profite des avantages de ce type de réducteur, à savoir : - Une grande démultiplication avec un seul train d'engrenages. - Portance des dents sur des surfaces. Glissements extrêmement faibles pour les dents en contact. Ceci en minimisant l'inconvénient principal de ce type de réducteur, à savoir, la grande sollicitation des paliers d'excentriques. A cet effet, le réducteur avec excentriques selon l'invention comporte quatre arbres à excentriques formant deux paires situées à 900 l'une par rapport à l'autre. Les excentriques tournant chacun dans un palier qui est solidaire d'un bloc coulissant qui peut coulisser dans la partie extérieure de la couronne à denture intérieure. Ces blocs coulissants, un par palier, quatre par couronne à denture intérieure, peuvent respectivement coulisser parallèlement au plan formé par les axes de rotations des deux arbres d'excentriques formant paire. Chacun des deux plans formé par chaque paire d'arbres d'excentriques passe rigoureusement par l'axe de rotation de la roue dentée à denture extérieure, c'est à dire par l'axe de l'arbre basse vitesse du réducteur. De cette façon la couronne à denture intérieure est centrée par les blocs coulissants et chaque palier d'excentrique ne supporte que les réactions des efforts d'engrènement qui sont perpendiculaires au plan formé par sa paire d'arbres d'excentriques, ceci réduit considérablement les efforts supportés par chacun des paliers d'excentriques. Chaque arbre d'excentriques tourillonne dans le carter du réducteur et est muni d'un pignon denté. Les quatre pignons dentés, un par arbre d'excentriques, engrènent avec une roue dentée qui est centrée à l'aide de paliers sur l'arbre lent du réducteur. Le pignon grande vitesse du réducteur tourillonne dans le carter et engrène avec la roue dentée précitée qui engrène avec les pignons des arbres d'excentriques. Pour chaque arbre d'excentriques le carter du réducteur comporte un plan de joint passant par l'axe de rotation de l'arbre d'excentriques, sur chacun de ces plans de joint est vissé un capot qui maintient les paliers de l'arbre d'excentriques et assure l'étanchéité. Grâce à ces capots les paliers d'excentriques, qui sont les pièces les plus sollicitées du réducteur, peuvent être entretenus ou même remplacés sans avoir à démonter l'ensemble du réducteur, ceci est très intéressant pour les ensembles de grandes puissances comme les grosses éoliennes pour lesquels une durée de vie très longue pour l'installation et une très grande facilité d'entretien est indispensable. Dès que la vitesse des arbres d'excentriques dépasse 150 tours par minute, les masses oscillantes deviennent la source d'efforts parasites qui peuvent être nuisibles, en conséquence, il faut les compenser et pour cela chaque arbre d'excentriques a deux excentriques décalés l'un par rapport à l'autre de 180 et il ya deux couronnes à denture intérieure situées en parallèle mais décalées de 180 qui oscillent autour de la roue dentée à denture extérieure. Les efforts parasites dus aux masses oscillantes d'une couronne sont alors compensés par ceux de l'autre couronne. A cause des tolérances d'usinage pour les différentes pièces mécaniques, la répartition des charges entre les deux couronnes à denture intérieure pourrait ne pas être assurée, en conséquence, il est préférable d'avoir également deux roues à denture extérieure centrées sur le moyeu d'arbre lent. Chacune de ces roues dentée est alors reliée en rotation au moyeu par des éléments élastiques qui permettent sous charge une très légère rotation de chaque roue dentée par rapport au moyeu d'arbre lent, ainsi la répartition des charges entre les deux couronnes à denture intérieure sera située entre 50%, 50% et 60%, 40%, elle ne pourra jamais être 100%, 0%. Pour certaines applications comme les réducteurs de positionnement par exemple, une élasticité en rotation est nuisible, dans ces cas il n'y a alors qu'une seule roue dentée à dentures extérieures qui est rigidement reliée à l'arbre lent du réducteur. Cette roue dentée engrène avec les deux couronnes à dentures intérieures, chacun des quatre excentriques pour une couronne à dentures intérieures fait partie intégrante de chaque arbre à excentrique qui est muni d'un pignon qui engrène avec la roue dentée qui est centrée à l'aide de paliers sur l'arbre lent du réducteur, les quatre autres excentriques pour l'autre couronne à dentures intérieures font partie intégrante d'un tube à excentrique qui est centré sur l'arbre à excentrique, chaque arbre à excentrique et son tube à excentrique correspondant sont reliés rigidement entre eux en rotation par des anneaux de blocage genre Ringfeder ou Stüwe. Les pignons d'arbre d'excentrique sont également reliés rigidement en rotation avec les arbres à excentrique par des anneaux de blocage genre Ringfeder ou Stüwe. Pour éliminer les influences des tolérances d'usinages sur la répartition des charges entre les deux couronnes à dentures intérieures, il est procédé de la façon suivante : 1) Les dentures des quatre pignons pour les arbres à excentrique sont exécutées en même temps. 2) Les pignons, arbres à excentrique et tubes à excentrique sont assemblés en ayant leurs positions relatives théoriques. 3) Le réducteur avec son arbre lent, sa roue dentée à denture extérieure, ses deux couronnes à denture intérieure, la roue dentée centrée à l'aide de paliers sur l'arbre lent et les quatre ensembles formés par les arbres à excentrique, les pignons et les tubes à excentrique est assemblé. 4) Les anneaux de blocages entre arbres à excentrique et tubes à excentrique ainsi qu'entre arbres à excentrique et pignons sont débloqués. 5) L'arbre lent du réducteur est bloqué en rotation et en agissant simultanément sur les arbres à excentrique, les dents de la couronne à denture intérieure correspondant aux excentriques des arbres à excentrique sont mises en contact avec les dents de la roue dentée de l'arbre lent du réducteur. 6) Sans faire tourner les arbres à excentrique les dents de chacun des pignons des arbres à excentrique sont mises en contact avec les dents de la roue dentée qui est centrée à l'aide de paliers sur l'arbre lent du réducteur, les anneaux de blocage entre pignons et arbres à excentrique sont alors rebloqués. 7) Sans faire tourner les arbres à excentrique et en agissant simultanément sur les tubes à excentrique, les dents de la couronne à denture intérieure correspondant aux excentriques des tubes à excentrique sont mises en contact avec les dents de la roue dentée de l'arbre lent du réducteur, les anneaux de blocage entre arbres à excentrique et tubes à excentrique sont alors rebloqués. 8) La finition du montage de l'ensemble du réducteur peut alors être faite. Le moyeu d'arbre lent étant en acier, il est intéressant de réaliser les roues dentées à denture extérieure en bronze d'aluminium à grande résistance ceci pour simplifier la lubrification en ayant un très bon rendement et augmenter les surfaces de dents en contact puisque le module d'élasticité du bronze d'aluminium est plus petit que celui de l'acier. Les figures ci annexées représentent à titre indicatif et non limitatif un réducteur avec excentriques selon l'invention, l'exemple choisi est un réducteur pour éolienne de grande puissance, il travaille en multiplicateur pour passer de 17 à 1500 tours par minute. La figure 1 est une coupe passant par le plan commun à l'axe de l'arbre lent et de l'arbre rapide du réducteur, coupe 1, 1 de la figure 4. - La figure 2 est une coupe passant par un train d'engrenages couronne, roue dentée ainsi que par les quatre excentriques et blocs coulissants correspondants, coupe II, II sur les figures 1 et 3. La figure 3 est une coupe passant par l'axe d'un arbre à excentriques, coupe 11I, III de la figure 2 - La figure 4 est une coupe passant par le plan médian des pignons d'arbres d'excentriques, de leur roue dentée et du pignon grande vitesse. - La figure 5 est similaire à la figure 3 mais comporte une seule roue dentée solidaire de l'arbre lent ainsi que des arbres à excentrique, des tubes à excentrique et des pignons d'arbres à excentrique qui sont respectivement reliés par des anneaux de blocage. 1 est l'arbre lent du réducteur, 2 est le flasque pour la fixation du moyeu de l'hélice de l'éolienne, cette flasque 2 est solidaire de l'arbre lent 1 par les cannelures 3 pour la rotation et les vis situées en 4 pour le sens axial. L'alésage de l'arbre lent 1 et de la flasque 2 est suffisamment grand pour permettre le passage d'un homme lors du montage ou de l'entretien des mécanismes qui se trouvent dans le moyeu de l'hélice pour l'orientation des pales. 5 et 6 sont les roulements qui reprennent les réactions dues à l'hélice de l'éolienne et aux engrènements dans le réducteur. 7 est le moyeu pour les roues dentées à denture extérieure 8 et 9, les cannelures 10 le rendent solidaire en rotation avec l'arbre lent 1. Les roues dentées 8 et 9 sont rendues solidaires en rotation avec le moyeu 7 par les éléments élastiques 11 et 12, ces éléments élastiques au nombre de vingt quatre par roue dentée 8 ou 9 sont en forme de U, ils sont encastrés dans les rainures 13 correspondantes du moyeu 7, les extrémités des branches de U sont en contact avec les rainures 14 correspondantes des roues 8 ou 9. Les plaques 17,18 font respectivement corps avec les couronnes à dentures intérieures 15 et 16. Les équerres 19 et 20 sont à la fois encastrées dans et vissées sur les plaques 17,18. Les blocs coulissants 21,22 en bronze pour paliers lisses peuvent coulisser entre les équerres 19, 20. Les blocs coulissants 21,22 servent de paliers pour les excentriques 23,24 qui font corps avec les arbres d'excentriques 25. Les arbres d'excentriques 25 tourillonnent dans le carter formé par les deux demis carters 26 et 27, ceci par l'intermédiaire des paliers 28,29 et 30. Les capots 31 vissés sur les plans de joint 46 des demis carters 26 ou 27 maintiennent les paliers 28,29, 30 et assurent l'étanchéité. Sur les capots 31 il y a les petits capots 32 qui comportent un raccord en33 pour les canalisations d'huile sous pression, les raccords 33 sont reliés chacun à un raccord en 34 sur les blocs coulissants 21,22 par une boucle de tuyau flexible, ( non représentée) pour l'alimentation en huile sous pression des paliers d'excentriques 23,24. Les plaques 35,36 sont encastrées et vissées sur les équerres 19,20 pour rigidifier l'ensemble, ces plaques 35,36 ont un trou 37 pour le passage du flexible d'huile sous pression. 38 sont les pignons des arbres d'excentriques 25, ils engrènent avec la couronne 39 qui est centrée sur l'arbre de sortie 1 par les roulements 40,41 sont des trous dans la couronne 39 afin d'avoir accès aux vis 42 et 43 pour visser les écrous d'assemblage des demis carters 26 et 27.44 est le pignon grande vitesse qui tourillonne dans le carter 26,27 à l'aide des roulements 45. Les renforcements 47,48 sur les demis carters 26,27 sont là sur toute la longueur de ces demis carters, ils sont destinés à recevoir les équerres de fixation 49 et 50, ces équerres varient selon les installations. Sur la figure 5 la roue dentée 8 engrène avec les couronnes à denture intérieure 15 et 16, la couronne 16 oscille en étant centrée à l'aide des excentriques 24 qui font partie intégrante des arbres à excentrique 25. La couronne 15 oscille en étant centrée à l'aide des excentriques 23 qui font partie intégrante des tubes à excentrique 51 qui sont centrés sur les arbres à excentrique 25. Les arbres à excentrique 25 sont rendus solidaires en rotation avec les tubes à excentrique 51 à l'aides des anneaux de blocages 52, les anneaux 53 sont des renforts pour les tubes à excentrique 51. Les pignons 38 et les arbres à excentrique 25 sont rendus solidaires en rotation à l'aide des anneaux de blocage 54. REVENDICATIONS 1) Réducteur avec excentriques basé sur l'engrènement d'une roue dentée à denture extérieure avec une couronne à denture intérieure, la différence de nombres de dents entre roue et couronne étant de 2 à 4 dents, la couronne oscillant autour de la roue à l'aide d'excentriques, réducteur comportant un arbre basse vitesse (1) centré dans un carter (26,27), cet arbre (1) étant solidaire d'un moyeu (7) lui même solidaire de roues dentées (8,9) qui engrènent avec des couronnes à denture intérieure (15,16) qui oscillent autour des roues dentées (8,9) à l'aide d'excentriques (23,24) solidaires d'arbres d'excentriques (25) caractérisé en ce que il y a quatre arbres d'excentriques (25) formant deux paires situées à 900 l'une par rapport à l'autre, les excentriques (23,24) tournant chacun dans un palier qui est solidaire d'un bloc coulissant (21,22) qui peut coulisser dans la partie extérieure des couronnes à denture intérieure (15,16), ces blocs coulissants (21,22), un par palier, quatre par couronne à denture intérieure (15,16), pouvant respectivement coulisser parallèlement au plan formé par les axes de rotation des deux arbres d'excentriques (25) formant paire, chacun des deux plans formé par chaque paire d'arbres d'excentriques (25) passant rigoureusement par l'axe de rotation de la roue dentée à denture extérieure (8,9), donc par l'axe de l'arbre basse vitesse (1) du réducteur. 2) Réducteur avec excentriques selon revendication 1 caractérisé en ce que chacun des quatre arbres d'excentriques (25) qui tourillonne dans le carter (26,27) du réducteur est muni d'un pignon denté (38) qui engrène avec une roue dentée (39) qui est centrée à l'aide de paliers (40) sur l'arbre basse vitesse (1) du réducteur et que le pignon grande vitesse (44) qui tourillonne également dans le carter (26,27) du réducteur engrène avec la même roue dentée (39) que les pignons (38) des arbres d'excentriques. 3) Réducteur avec excentriques selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les demis carters (26,27) ont des plans de joint (46) passant par l'axe des arbres d'excentriques (25) et sur lesquels des capots (31) sont vissés. 4) Réducteur à excentriques selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il n'y a qu'une seule roue dentée à denture extérieure (8), que cette roue dentée (8) 5) est solidaire de l'arbre lent (1), que cette roue dentée (8) engrène avec les deux couronnes à dentures intérieure (15,16), que chacun des excentriques (24) pour une couronne à denture intérieure (16) fait partie intégrante de l'arbre à excentrique (25) qui est rigidement relié en rotation à un pignon (38) par des anneaux de blocage (54), que les excentriques (23) pour l'autre couronne à denture intérieure (15) font partie intégrante d'un tube à excentrique (51) qui est centré sur l'arbre à excentrique (25) et que les arbres à excentrique (25) et les tubes à excentriques (51) sont respectivement reliés rigidement en rotation entre eux par des anneaux de blocages (52).