Brevet FR2938621A1 — publié le 20100521

Réducteur à deux axes de sortie coaxiaux. La présente invention concerne le domaine des transmissions tournantes dont l'entrée ou la sortie est une rotation relative entre deux axes coaxiaux tournant 5 dans le même sens à des vitesses proches. Tout mécanisme de transmission essaye de concilier force et déplacement, que ce soit dans le domaine des translations ou des rotations. Une transmission de rotation permet par exemple de transformer une rotation rapide avec un petit to couple en un mouvement plus lent mais avec plus de couple, ou l'inverse. Si le rapport de réduction désiré est important, les pertes en frottement le sont également car il faut additionner plusieurs étages de démultiplication ou utiliser des concepts à fortes pertes. Il est possible de réaliser simplement une très forte réduction de rotation si le mouvement lent, entrée ou sortie, peut prendre 15 la forme d'une rotation relative entre deux axes coaxiaux. Pour cela, il faut considérer un mécanisme ayant deux axes coaxiaux tournant à des vitesses proches et dans le même sens. La rotation relative sera alors très faible en amplitude et donc le couple différentiel sera important. 20 Un exemple didactique où l'on exploite de faibles déplacements relatifs est le palan différentiel que l'on trouve dans les manuels de physique. II s'agit d'une poulie double dont les deux diamètres sont voisins et où un câble s'enroule sur la grande poulie tout en se déroulant de la petite en formant une boucle tendue par une poulie folle munie d'un crochet soulevant une charge. Une rotation de 25 la double poulie entraîne une petite variation de la longueur de la boucle, d'où un effet levant très lent et donc très démultiplié, alors que le câble se déplace rapidement. Il est connu des transmissions à vis sans fin n'ayant que deux pièces mobiles, à 30 gros rapport de réduction mais où le frottement est important. Il est également connu des mécanismes à étages d'engrenages, à planétaires ou utilisant 2 plusieurs éléments flexibles ayant des rapports de réduction ou de multiplication importants, mais le grand nombre de pièces entraîne également des pertes. Un problème n'ayant que partiellement été résolu est l'obtention de forte démultiplication avec un mécanisme simple avec peu d'organes mobiles dans le cas de systèmes pouvant exploiter une rotation relative entre axes coaxiaux. Ce but est atteint par un mécanisme rotatif de transmission caractérisé en ce qu'il possède aux moins trois axes liés en rotation dans un bâti, dont deux sont lo coaxiaux et tournent dans le même sens, et en ce que la rotation relative entre les deux axes coaxiaux est exploitée en mouvement de sortie, le mouvement d'entrée étant la rotation d'un quelconque des axes Ce mécanisme trouve son intérêt dans les cas où l'entrée ou sortie peut être 15 exploitée sous la forme d'une rotation relative entre deux axes coaxiaux tournants dans le même sens à des vitesses différentes. Cela concerne les systèmes où l'ensemble du mécanisme peut tourner même à grande vitesse sans perturber la partie opérante ayant une faible vitesse relative. Cela peut être par exemple un montage vis-écrou comme utilisé dans les vérins 20 mécaniques, un enroulement d'élément flexible ayant une sortie axiale pour l'élément flexible ou un dispositif de torsion d'un élément élastique. Ce mécanisme permet donc d'obtenir en sortie une rotation relative lente avec en entrée une rotation rapide, mais à l'inverse, il peut aussi transformer un mouvement lent de rotation relative en une rotation rapide. Un exemple pourrait 25 être le stockage d'énergie de torsion dans un élément élastique pour un actionner un système d'horlogerie. Dans le cas de systèmes vis-écrou, le fait de tourner à grande vitesse sous effort entraîne par contre des frictions qu'il convient de minimiser par des dispositifs comme des butées à billes. 30 Le fait d'utiliser une rotation relative entre deux axes coaxiaux permet d'avoir deux éléments qui tournent à la fois vite avec peu de couple par rapport au bâti, mais qui tournent lentement avec beaucoup de couple l'un par rapport à l'autre. Contrairement à un système étagé, comme une suite d'engrenages par exemple, le dimensionnement, au lieu d'être croissant avec le couple en jeu, 35 sera alors le même pour l'ensemble des pièces, gage de robustesse. 3 Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la liaison en rotation est assurée par un engrenage à denture extérieure entre chacun des axes coaxiaux et un troisième axe, les deux engrenages étant de rapport différent. Chacun des axes coaxiaux est entraîné par une roue dentée qui s'engrène chacune avec une roue dentée solidaire du troisième axe. Les axes coaxiaux tournent dans le même sens, mais à des vitesses différentes car les engrenages ont des rapports différents. Le système comprend donc en tout quatre roues dentées, dont deux solidaires. Pour atteindre des démultiplications importantes, les rapports d'engrenages doivent être le plus proche possible pour que le déplacement relatif entre les roues des axes coaxiaux soit le plus faible possible. Le respect de l'entraxe commun, puisque les deux engrenages ont les mêmes axes parallèles, fixe un minimum à la différence entre les rapports de ces derniers car la somme des rayons de deux roues engrenées doit rester constant. Si les engrenages ont tous le même module, le minimum d'écart se fera en modifiant le nombre de dents d'une unité sur un des engrenages, par exemple avec des nombres de dents Z et z pour l'un et Z+1 et z-1 pour l'autre. Dans le cas de roues de même taille, donc avec z = Z, ayant Z dents pour un engrenage et Z+1 et Z-1 pour l'autre, les différences de rapports des engrenages est de l'ordre de 2/Z et la réduction globale, c'est-à-dire entre rotation d'entrée et rotation relative de sortie, sera proche de 15 dans le cas de roues ayant une trentaine de dents. L'architecture rappelle un train épicycloïdal avec satellite à deux roues mais simplifié car l'axe du satellite est fixe. Il est possible d'augmenter la réduction en utilisant deux engrenages de module différent, mais proche, ce qui n'impose plus le respect du calcul entre nombres de dents et entraxe. Avec des couples Z-1/Z et Z/Z+1, les différences de rapports des engrenages est de l'ordre de 1/Z2 et la réduction globale, c'est-à-dire entre rotation d'entrée et rotation relative de sortie, sera proche de 900 dans le cas de roues ayant une trentaine de dents. Bien sûr, cela impose l'utilisation de module non standard. Il est néanmoins possible d'utiliser des modules en pouces en association avec des modules métriques. Un pouce mesurant 25.4 mm, soit 25 + 1.6%, il est possible d'associer par exemple un couple de roues de 64 et 63 dents, de module métrique de 2.5, donc avec un entraxe de 158.75 mm avec un couple de roues de 63 et 62 dents, de � diametral pitch � 10, correspondant à un module 4 métrique de 2.54 avec exactement le même entraxe. Le rapport des vitesses est 64x62/632 soit une réduction globale de 4000. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, le mécanisme s comprend une pluralité d'axes répartis régulièrement autour des axes coaxiaux assurant la fonction dudit troisième axe. Chacun des axes coaxiaux est entraîné par une roue dentée qui s'engrène avec les roues dentées solidaires des axes parallèles qui, par leur répartition régulière autour des axes coaxiaux, équilibrent les réactions radiales sur ces derniers. io Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la liaison en rotation est assurée par une transmission à élément flexible entre chacun des axes coaxiaux et un troisième axe, les deux transmissions étant à rapport différent. L'élément flexible peut être une chaîne ou une courroie mais préférablement is synchrone comme une courroie crantée plutôt qu'une courroie à adhérence, car le mécanisme met en jeu de fortes tensions. Le résultat est identique au montage par engrenages à denture extérieure mais l'absence de la contrainte des calculs de module est d'entraxe permet d'obtenir facilement des différences de rapports de transmission de l'ordre de 1/Z2 avec des pignons ou des poulies 20 à z dents, et la réduction globale, c'est-à-dire entre rotation d'entrée et rotation relative de sortie, sera proche de 900 dans le cas de roues ayant une trentaine de dents. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la liaison en rotation 25 est assurée par un engrenage à denture intérieure entre chacun des axes coaxiaux et le troisième axe, les deux engrenages étant à rapport différent. Les deux roues liées en rotation peuvent être indifféremment les roues à denture extérieure ou celle à denture intérieure. De par leur forme et la difficulté à positionner leur axe, il est préférable de lier en rotation les premières pour la ;o plupart des applications, mais le montage inverse présente un intérêt quand il est nécessaire d'exploiter les mouvements de sortie par l'extérieur du montage. Le fait d'utiliser des roues à denture intérieure permet de diminuer la différence des rapports de réduction car la règle de calcul entre module et d'entraxe s'applique sur les différences des rayons. En cas de module standard et pour 35 avoir des rapports de transmission très proches, il est judicieux d'avoir une dent d'écart autant sur les roues à denture intérieure que sur celles à denture extérieure. Avec des roues à denture intérieure et en prenant la valeur minimale habituelle de 6 dents d'écart entre roue intérieure et roue extérieure, nous avons un couple Z/Z+6 et l'autre Z+1/Z+7, la différence de rapports des engrenages est de l'ordre de 6/Z2 et la réduction globale, c'est-à-dire entre rotation d'entrée et rotation relative de sortie, sera proche de 150 dans le cas de roues ayant une trentaine de dents. L'utilisation de roues à denture intérieure diminue notablement l'encombrement du montage. io Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, les roues à denture intérieure sont guidées en rotation par leur circonférence externe par exemple avec des galets. Cela simplifie le montage car le positionnement de l'axe des roues à denture intérieure interfère avec les autres roues et leur entraînement n'est pas nécessaire. 15 Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, les roues à denture intérieure sont guidées en rotation par leur circonférence externe par exemple avec des galets, mais uniquement sur la zone de l'engrenure. Les réactions ont pour effet d'écarter les roues l'une de l'autre et un guidage dans la zone de 20 l'engrenure suffit pour assurer le positionnement de la double roue à denture intérieure. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, le mécanisme peut également être un multiplicateur avec l'entrée en rotation relative et la sortie sur 25 un axe quelconque comme par exemple un système utilisant le travail stocké dans une pièce élastique en torsion ou dans un poids qui déroule un câble à partir d'un tambour avec un renvoi permettant une sortie du câble verticale. Ces deux exemples peuvent éventuellement être utilisés en horlogerie. 30 Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, le mécanisme est conçu pour que le mouvement de sortie coaxial s'applique entre la partie mobile et la partie fixe d'un montage de boulonnerie que l'on désire bloquer ou débloquer. La partie fixe est préférablement la partie volumineuse et la partie mobile est alors l'écrou ou la vis. L'effort d'entrée provient de la force 35 musculaire d'un opérateur appliquant un couple, ou d'un dispositif motorisé. Le 6 mouvement d'entrée est donc indifféremment la rotation du porte-satellite autour de l'axe commun des axes coaxiaux avec le troisième axe maintenu immobile ou la rotation du troisième arbre qui tourne sur lui-même et autour de l'axe commun. Dans le cas de transmission par engrenages, on retrouve le s montage traditionnel appelé train épicycloïdal avec satellites à deux roues où les axes coaxiaux ont l'un une vitesse nulle et l'autre une vitesse très faible, l'axe du double satellite tournant plus vite, ainsi que le porte-satellite lui-même. Par contre dans le cas de transmission à éléments flexibles, il est possible d'avoir cet axe tournant également à faible vitesse, et même un cas particulier ~o où cet axe est immobile, tout en tournant autour des axes coaxiaux. Cela est réalisé lorsque la transmission entre le double satellite et la roue dentée fixe liée à la partie fixe a un rapport de 1, ou proche de 1. Cet axe immobile, ou tournant à faible vitesse, peut être utilisé confortablement comme poignée de rotation manuelle pour faire tourner le porte-satellite. Le fait d'appliquer l'effort is de rotation directement sur l'axe du double satellite réduit d'autant les contraintes au niveau de la liaison de celui-ci avec le porte-satellite. Un exemple d'utilisation est un mécanisme pour serrer et desserrer les écrous de roue d'une automobile. L'axe coaxial fixe est alors liée à la jante par un dispositif pouvant prendre appui sur les écrous adjacents à celui que l'on veut 20 faire tourner, et cet axe fixe guide de façon concentrique l'autre axe portant une douille hexagonale qui va entraîner l'écrou à serrer ou à desserrer. II est bien entendu que d'autres modes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre de la protection de la présente invention. 25 3o REVENDICATIONS1 Mécanisme rotatif de transmission caractérisé en ce qu'il possède aux moins trois axes liés en rotation dont deux sont coaxiaux et tournent dans le même sens, et en ce que la rotation relative entre les deux axes coaxiaux est exploitée en mouvement de sortie, le mouvement d'entrée étant la rotation d'un quelconque des axes. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison en io rotation est assurée par un engrenage à denture extérieure entre chacun des axes coaxiaux et un troisième axe, les deux engrenages étant à rapport différent. 3. Mécanisme selon les revendications précédentes, caractérisé par une 15 pluralité d'axes répartis régulièrement autour des axes coaxiaux assurant la fonction dudit troisième axe. 4. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison en rotation est assurée par une transmission à élément flexible entre chacun 20 des axes coaxiaux et un troisième axe, les deux transmission étant à rapport différent. 5. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison en rotation est assurée par engrenages à denture intérieure entre chacun des 25 axes coaxiaux et un troisième axe, les deux engrenages étant à rapport différent. 6. Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que les roues à denture intérieure sont guidées en rotation par leur circonférence externe. 7. Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé en ce que les roues à denture intérieure sont guidées en rotation par leur circonférence externe au niveau de l'engrenure. 8. Mécanisme selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les mouvements d'entrée et de sortie sont intervertis. 9. Mécanisme selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le mouvement de sortie coaxial s'applique entre la partie mobile et la partie fixe d'un montage de boulonnerie que l'on désire bloquer ou débloquer.