Brevet FR2879276A1 — publié le 20060616

Système de rattrapage de jeu pour arbres d'équilibrage La présente invention se rapporte à un système de rattrapage de jeu pour arbres d'équilibrage. Un domaine d'application envisagé est notamment celui de la transmission entre un arbre de vilebrequin d'un moteur à combustion interne et les arbres à cames par exemple, ces arbres étant couplés en rotation par un train d'engrenages. D'autres transmissions sont envisagées, entre un arbre de commande et des dispositifs du type, io pompe à eau, pompe à huile ou alternateurs, c'est-à-dire le domaine des engrenages de distribution de moteurs. L'arbre de commande est généralement équipé d'un pignon qui est couplé à une roue dentée plus grande. Le moteur à explosion génère par son principe de fonctionnement un acyclisme, pour les moteurs à essence, et plus important encore, pour les diesels. Cet acyclisme entraîne un claquement des dentures des engrenages qui induit des bruits incommodants. Pour y remédier on a envisagé, des systèmes de filtration entre le pignon et son arbre, par exemple un pignon à moyeu souple et des 20 systèmes de rattrapage de jeu par dédoublement du pignon. On pourra se référer, notamment au document EP 1 101 979 qui décrit un système à variation d'entraxe des engrenages qui permet d'avoir un jeu de dentures d'engrenages minimum. Néanmoins, il n'est pas exclu, que les dents de l'une des roues battent légèrement entre les dents de l'autre roue car, les moyens élastiques ne peuvent être augmentés indéfiniment, sans provoquer l'usure des dents par coincement par exemple, pour les systèmes à contact permanent et sans jeu des dents. Un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est alors de proposer un système de rattrapage de jeu pour arbres d'équilibrage, qui permette de limiter les jeux en battements des 2 2879276 engrenages, à bas régime et à faible couple; et inversement, augmenter les jeux à haute vitesse et fort couple. Un objet de la présente invention est de fournir un système de rattrapage de jeu pour arbres d'équilibrage, lesdits arbres étant couplés en rotation par au moins une première et une seconde roues dentées qui forment un engrenage. La première roue est par exemple la roue menante et la seconde la roue menée. Lesdites roues comportent chacune des dents qui définissent des cylindres primitifs et lesdites dents présentent chacune un premier flanc opposé à un second. Ladite première roue io dentée, dite roue ou pignon menant, mobile en rotation autour d'un premier axe, présente des dents dont les premiers flancs, dit flancs tirages, sont inclinés par rapport audit premier axe et a fortiori par rapport aux génératrices de son cylindre primitif. Les roues sont adaptées à être entraînées axialement en translation l'une vers l'autre par des moyens is élastiques pour maintenir en appui permanent les premiers flancs ou flancs tirages inclinés, contre les premiers flancs, dits flancs conjugués, des dents de la seconde roue dentée dite roue ou pignon mené ; selon l'invention, les seconds flancs, dits rétro des dents de tirage de ladite première roue dentée ou roue menante, convergent vers lesdits premiers flancs inclinés, ou flanc tirage, sensiblement suivant la direction desdites génératrices de façon que lesdites dents soient adaptées à former coin entre les dents de ladite seconde roue dentée ou roue menée. Les flancs de dents sont du type à profil en développante de cercle d'engrenages cylindriques à axes parallèles. Les surfaces primitives cinématiques sont inchangées par rapport aux engrenages classiques à axes parallèles, et sont dans ce cas des cylindres primitifs définis par le rapport des nombres de dents. De plus, les flancs de dent sont hélicoïdaux, du type hélicoïde développable cylindrique. Pour les engrenages classiques, les flancs gauche et droit (ou tirage et rétro) ont la même valeur d'angle d'hélice, c'est-à-dire que les hélices sont parallèles. Dans le cas présent les angles d'hélice tirage et rétro ne sont pas identiques. Les hélice convergents l'une vers l'autre, donnant un effet 3 2879276 conique ou de coin. Les flancs tirage et rétro sont des hélicoïdes développables cylindriques non parallèles, délimitée en tête et pied de dent par des surfaces de tête et de pieds qui sont parallèles et cylindriques, et non coniques Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la forme des dents dont les flancs opposés convergent l'un vers l'autre, en formant des dents à flancs sensiblement coniques qui forment un coin. De la sorte, lorsque les roues dentées sont entraînées en translation l'une vers l'autre grâce aux moyens élastiques, le jeu, entre les dents, se réduit puisque les lo dents tendent à venir en coincement entre les dents correspondantes de l'autre roue. Par ailleurs, grâce à l'inclinaison des flancs des dents, et par le choix de moyens élastiques appropriés, l'augmentation rapide de vitesse de l'une desdites roues, et en particulier du pignon menant, donc du couple is transmis à cause de l'inertie et des frottements, provoque le déplacement axial de l'autre roue dans une direction opposée. Cela a pour conséquence d'augmenter le jeu de battement à grande vitesse pour réduire les nuisances sonores de sirènement à grande vitesse. En revanche, dès que la vitesse de rotation décroît, les moyens élastiques permettent d'entraîner les roues dentées en rappel l'une vers l'autre et par conséquent de réduire l'espacement entre les flancs des dents et donc le jeu en battement, ce qui est nécessaire à bas régime pour réduire les nuisances sonores de claquement de dents à basse vitesse. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, les dents de ladite seconde roue présentent des premiers flancs, dits flancs tirage qui sont inclinés par rapport à l'axe du pignon ou aux génératrices de son cylindre primitif et des seconds flancs qui convergent respectivement vers lesdits flancs inclinés, les flancs des deux roues convergeant dans des directions opposées de façon que les dents de ladite première roue, ou roue menante soient adaptées à s'étendre entièrement entre les dents de ladite seconde roue, autrement dit, de façon que les dents de la roue menante se conjuguent entièrement avec 4 2879276 les dents de la roue menée. On notera que les flancs homologues et antihomologues d'un pignon sont asymétriques Ainsi, grâce à cette caractéristique dans laquelle les dents respectives des deux roues sont complémentaires, le jeu en battement entre les dents est réduit au minimum lorsque les moyens élastiques entraînent les flancs en contact des dents des deux roues respectivement les uns contre les autres. Les surfaces d'appui étant dans ce cas, parallèles entre elles, ce qui non seulement réduit le jeu mais aussi limite considérablement le bruit de graillonnement ou de claquement des io dentures. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention les dents desdites roues présentent une droite moyenne longitudinale qui s'étend parallèlement auxdites génératrices. De la sorte, les roues dentées des systèmes de rattrapage conforment à l'invention, présentent des dents de is forme prismatique droite et sont donc susceptibles d'être réalisés à un coût avantageux, compte tenu de la symétrie des dents par rapport au cylindre primaire. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, les dents desdites roues présentent une droite moyenne longitudinale qui forme un angle déterminé par rapport auxdites génératrices. Ainsi, grâce aux dents de forme prismatique déformée en hélice et donc aux deux flancs opposés en hélice, la transmission mécanique entre les roues dentées s'effectue avec de faibles frottements des flancs les uns sur les autres, ce qui assure un haut rendement. En outre, la poussée axiale qui est nécessaire à haute vitesse pour augmenter le jeu entre les roues est optimisée compte tenu de l'inclinaison des dents par rapport aux génératrices. Avantageusement, l'un des arbres est muni d'une couronne formant butée, et il est monté sur un premier palier, des moyens formant ressort étant interposés entre ledit premier palier et ladite couronne pour former lesdits moyens élastiques. 2879276 De la sorte, grâce à un ressort hélicoïdal par exemple, ou par des rondelles souples métalliques ou non, monté autour de l'arbre et en appui, d'un côté sur le palier et de l'autre contre la couronne, il est possible de réaliser des moyens de rappel élastique parfaitement équilibrés et symétriques, adaptés à appliquer une force axiale. Par ailleurs, lesdites roues dentées présentent une surface de tête et une surface de pied cylindrique, de telle sorte que les jeux de fonctionnement en fond de denture des pignons sont constants quel que soit la position axiale relative desdits pignons, ce qui n'est pas le cas pour io des dentures coniques classiques. Selon un mode de réalisation particulier, chaque dent présente des flancs opposés symétriques par rapport à un rayon. Ainsi, le profil des flancs est symétrique. Selon un autre mode de réalisation, chaque dent présente deux flancs opposés dissymétriques de façon que leur profil soit dissymétrique. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique en coupe d'un système de rattrapage conforme à l'invention et dans une position de repos ou en faible vitesse de rotation et faible couple transmis; - la Figure 2A est une vue schématique de détail en coupe selon II-II illustrée sur la Figure 1 en position, jeu de battement faible; - la Figure 2B est une vue schématique en section radiale, dit plan apparent, selon le plan IIB-IIB illustré sur la Figure 2A; - la Figure 3 est une vue schématique en coupe du système illustré sur la Figure 1 dans une position active; - la Figure 4A est une vue schématique de détail illustré sur la Figure 3 en coupe selon IV-IV en position, jeu de battement fort; - la Figure 4B est une vue schématique en section radiale, dit plan apparent, selon le plan IVB-IVB illustré sur la Figure 4A; 6 2879276 - la Figure 5 est une vue schématique de détail de la Figure 3 en coupe selon V-V; - la Figure 6A est une vue schématique de détail de la Figure 5 en coupe selon VI-VI; - la Figure 6B est une vue schématique de détail d'un élément de la Figure 6A; - la Figure 7 est une vue schématique de détail de la Figure 3 en coupe selon V-V; - la Figure 8A est une vue schématique de détail de la Figure 7 en w coupe selon VIIIVIII; - la Figure 8B est une vue schématique de détail d'un élément de la Figure 8A; - la Figure 9 est une vue schématique d'un engrenage conforme à l'invention selon encore un autre mode de mise en oeuvre et, - la Figure 10 est une vue schématique montrant dans une coupe radiale et une coupe axiale correspondante, du système de rattrapage de jeu conforme à l'invention. La Figure 1 illustre un système de rattrapage de jeu conforme à l'invention, ici entre deux arbres parallèles, un premier arbre 10 dit arbre mené et un second arbre 12 dit arbre menant. Les deux arbres 10, 12 sont couplés en rotation par deux roues dentées, une première roue dentée 14 et une seconde roue dentée 16 qui engrènent l'une avec l'autre. Selon ce mode de réalisation l'arbre menant 12 est moteur et il tourne suivant la flèche R. Les deux arbres 10, 12 sont respectivement montés dans un premier pallier 18 et un second pallier 20. Par ailleurs, l'arbre 10 mené, est monté glissant dans le premier pallier 18 et il présente une butée 22 formée d'une couronne solidaire de l'arbre 10 mené à distance du premier pallier 18. Un ressort à empilement de rondelles coniques ou hélicoïdales 24 est monté autour du premier arbre 10, entre la butée 22 et le pallier 18 de façon à former des moyens 7 2879276 élastiques de rappel adaptés à entraîner à force et axialement la première roue dentée 14 vers la seconde roue dentée 16 selon la flèche F. On se référera maintenant aux Figures 5 à 8 pour décrire plus en détail la structure des roues dentées menée 14 et menante 16 que l'on retrouve en coupe. La Figure 5 illustre en coupe radiale la première roue dentée 14, d'axe de symétrie A. Elles comportent des dents 26 qui présentent, une série de flancs homologues 28 respectivement opposés à une série de flancs anti-homologues 30. Les flancs homologues 28 de chacune des io dents 26 sont respectivement étendus en regard des seconds flancs antihomologues 30 des dents 26 qui les jouxtent. Par ailleurs, on a représenté en coupe développée sur la Figure 6A une portion du cylindre primitif cinématique 32 qui coupe les dents sensiblement à mi-hauteur. La Figure 6A illustre une coupe tangentielle de la première roue dentée 14 qui montre ses dents 26, lesquelles présentent leurs flancs homologues et anti-homologues, 28, 30. Sur cette Figure 6A apparaît également une génératrice G du cylindre primitif 32, laquelle génératrice est parallèle à l'axe de symétrie A ou de révolution de la roue dentée 14. Ainsi que l'illustre la Figure 6A, les dents 26 sont hélicoïdales et elles apparaissent inclinées par rapport à l'axe de symétrie A du pignon. En outre, et c'est là une caractéristique essentielle de l'invention, les flancs homologues et anti-homologues, 28, 30 de chacune des dents, telle qu'illustrée en détail sur la Figure 6B, convergent l'un vers l'autre, et ici selon le sens de la flèche T. Ainsi, en considérant une direction d'hélice moyenne 50 pour les intersections du cylindre primitif 32 avec les deux flancs homologues et anti-homologues 28, 30, qui forment deux hélices, les deux inclinaisons respectivement définies 34, 36 sont d'un angle compris entre 2 et 4 , par exemple 3 . La seconde roue dentée 16 ou roue menante que l'on retrouve illustrée sur la Figure 7 qui présente les mêmes dimensions que la première roue 14 ou roue menée, pour ce qui est du diamètre et des 8 2879276 dents, doit nécessairement comprendre des dents 26' hélicoïdales selon une hélice inverse aux dents 26 de la roue menée 14 pour qu'elles puissent s'engrener. Les dentures sont de façon bien connue, image l'une de l'autre dans un miroir mais ne sont pas superposables. Les références de la roue menante 16 seront identiques à celles de la première roue 14 mais affecté d'un ' . Ainsi, en coupe tangentielle, montrée sur la Figure 8A, la seconde roue dentée 16 comporte ses dents 26', lesquelles présentent leurs flancs homologues et anti-homologues, 28', 30'. Les dents 26' hélicoïdales io apparaissent aussi inclinées par rapport à l'axe de symétrie A' ou de révolution de la roue menante 16, d'hélice de sens opposé à celui des dents 26 de la roue menée 14. De la même façon, les flancs homologues et anti-homologues, 28', 30' de chacune des dents, comme l'illustre plus en détail la Figure 8B, convergent l'un vers l'autre, ici selon le sens de la flèche T'. Les deux inclinaisons moyennes respectivement définies 34', 36' sont également inclinées d'un angle compris entre 2 et 4 , par exemple 3 , mais également identique à celui des dents 26 de la première roue 14. De la sorte, les roues dentées 14, 16 sont complémentaires et conjuguées, et elles vont pouvoir engrener ensemble conformément à l'invention. On va expliquer ce mode d'engrènement en référence aux Figures 2, 4A et 4B qui correspondent respectivement aux situations illustrées sur les Figures 1 et 3. On retrouve sur la Figure 2A, en coupe tangentielle des deux roues 14, 16 engrenées ensemble au droit l'une de l'autre, les dents 26, 26' engagées les unes dans les autres. Les dents 26, 26' des première et seconde roues étant symétriques les unes par rapport aux autres, elles s'encastrent parfaitement et leurs flancs homologues 28, 28' qui sont dans ce cas les flancs tirage et flancs anti-homologue 30, 30' qui sont ici les flancs rétro sont respectivement parallèles entre eux. Par ailleurs, sur cette Figure 2A et sur la Figure 2B qui lui correspond, où les arbres 10, 12 sont dans une situation de repos ou avec 9 2879276 une accélération nulle et un couple faible, un jeu minimal 40 apparaît entre les seconds flancs 30, 30' des dents des deux roues 14, 16. Ici, l'arbre 12 étant l'arbre moteur ou menant selon le sens de la flèche R il entraîne les flancs tirage 28' des dents 26' de la roue menante 14' en portée contre les flancs tirage 28 des dents 26 de la roue menée 14, tandis que les flancs rétro 30, 30' des dents 26, 26' respectivement des deux roues 14, 16 sont espacés en regard en laissant ledit jeu minimal 40. En revanche, dans les phases d'accélération et de fort couple io moteur, telles qu'illustrées sur les Figures 3, 4A et 4B, les flancs tirage 28' des dents 26' de la roue menante 16 qui sont inclinées par rapport à la direction d'entraînement de la roue 16, provoquent l'entraînement selon la flèche D, en translation axiale de la roue menée 14 et de l'arbre mené 10 sur lequel elle est montée et la compression du ressort élastique 24. Ledit ressort 24 emmagasine ainsi de l'énergie potentielle. Les flancs tirage respectifs 28, 28' des deux roues dentées 14, 16 glissant respectivement l'un contre l'autre en translation sans que les roues 14, 16 ne se désengrènent. De la sorte, les seconds flancs 30, 30' des deux roues dentées 14, 16 s'éloignent les uns des autres jusqu'à un jeu maximal 42, à mesure que les roues dentées 14, 16 s'écartent axialement l'une de l'autre. En revanche, dès que la vitesse de rotation de l'arbre moteur diminue et durant la phase de décélération, lorsque le régime du moteur décroît ou qu'il est au ralenti ou bien au point mort, le ressort élastique 24 restitue son énergie potentielle et provoquent le déplacement axial de la première roue 14 vers la seconde roue 16. Le jeu entre les flancs respectifs des dents 26, 26' s'amenuise alors jusqu'à retrouver un jeu minimal 40 correspondant à la situation décrite en référence aux Figures 1 et 2. Ainsi, le système de rattrapage de jeu conforme à l'invention crée un jeu variable en fonction du couple exercé sur l'arbre moteur, plus le 2879276 couple est important plus le jeu entre les dents des roues est grand et plus le couple est faible moins le jeu est grand. De la sorte, ce système de rattrapage est parfaitement adapté au moteur à combustion interne des véhicules automobiles pour lesquels à bas régime les dents des trains d'engrenage tendent à claquer les unes contre les autres alors qu'à haut régime les engrenages nécessitent plus de jeu, le claquement des dents n'apparaissant pas. Le jeu a haut régime permet notamment de diminuer les bruits haute fréquence de type sirène Selon un autre mode de réalisation de l'invention, représenté sur la io Figure 9, les dents des roues ne sont plus hélicoïdales mais droites. De cette façon elles s'étendent symétriquement le long d'un axe moyen M, M' qui est parallèle aux génératrices de leur cylindre primitif respectif et de leur axe respectivement A, A'. Un avantage de ce type d'engrenage réside dans la symétrie des dents qui permet de coupler ensemble dans un engrenage, deux roues dentées semblables. Les surfaces de tête et de pied des dents sont des surfaces cylindriques ayant pour axe de rotation, l'axe des pignons respectifs. La Figure 10 montre que les jeux en fond de dent j des pignons ou roues dentées sont constants quelques soit la position axiale rentrante ou écartée des pignons 14, 16, du fait que les cylindres de tête et de pied des dents sont respectivement parallèles aux axes A et A' des pignons. 11 2879276 REVENDICATIONS 1. Système de rattrapage de jeu pour arbres d'équilibrage, lesdits arbres étant couplés en rotation par au moins une première (14) et une seconde (16) roues dentées qui forment un engrenage, lesdites roues comportant chacune des dents (26, 26') qui définissent des cylindres primitifs, lesdites dents présentant chacune un premier flanc (28) opposé à un second (30), ladite première roue dentée présentant des dents dont lo les premiers flancs sont inclinés par rapport aux génératrices de son cylindre primitif et lesdites roues étant adaptées à être entraînées axialement en translation l'une vers l'autre par des moyens élastiques (24) pour maintenir en appui permanent les premiers flancs inclinés contre les premiers flancs des dents de la seconde roue dentée; caractérisé en ce que les seconds flancs (30, 30') des dents (26) de ladite première roue dentée (14), convergent vers lesdits premiers flancs inclinés (28, 28') suivant la direction desdites génératrices (G) de façon que lesdites dents (26) soient adaptées à former coin entre les dents (26') de ladite seconde roue dentée (16). 2. Système de rattrapage de jeu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dents (26') de ladite seconde roue (16) présentent des premiers flancs (28') qui sont inclinés par rapport aux génératrices (G) de son cylindre primitif (32') et des seconds flancs (30') qui convergent respectivement vers lesdits flancs inclinés (28'), les flancs des deux roues convergeant dans des directions opposées de façon que les dents (26) de ladite première roue (14) soient adaptées à s'étendre entièrement entre les dents (26') de ladite seconde roue (16). 3. Système de rattrapage de jeu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les dents (26, 26') desdites roues (14, 16) présentent un droite moyenne longitudinale qui s'étend parallèlement auxdites génératrices (G). 12 2879276 4. Système de rattrapage de jeu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les dents (26, 26') desdites roues (14, 16) présentent un droite moyenne longitudinale qui forme un angle déterminé par rapport auxdites génératrices (G). 5. Système de rattrapage de jeu selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'un des arbres (10), muni d'une couronne (22) formant butée, est monté sur un premier palier (18), des moyens formant ressort (24) étant interposés entre ledit premier palier (18) et ladite couronne (22) pour former lesdits moyens élastiques. io 6. Système de rattrapage de jeu selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites roues dentées (14, 16) présentent une surface de tête et une surface de pied cylindrique. 7. Système de rattrapage de jeu selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque dent présente des is flancs opposés symétriques par rapport à un rayon. 8. Système de rattrapage de jeu selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque dent présente deux flancs opposés dissymétriques.