Brevet FR2975156A1 — publié le 20121116

La présente invention se rapporte à une roue d'engrenage notamment pour réducteur à vis sans fin, à un réducteur à vis sans fin comportant une telle roue d'engrenage, ainsi qu'à un procédé d'intégration de lames de renfort à l'intérieur d'une denture externe d'une telle roue d'engrenage. Une roue d'engrenage pour réducteur à vis sans fin connue de l'état de la technique comporte : - un moyeu métallique, - une denture dite externe agencée en périphérie du moyeu, la 10 denture externe étant réalisée dans un matériau plastique. La réalisation de la denture externe dans un matériau plastique est particulièrement avantageuse relativement à une denture externe métallique dans la mesure où elle permet de réduire significativement les bruits d'engrènement sous efforts. 15 La denture externe d'une telle roue d'engrenage de l'état de la technique subit des efforts d'engrènement importants avec la vis sans fin, notamment dans le domaine technique des directions assistées électriques où les contraintes d'encombrement et d'effort d'assistance sont primordiales. Ces efforts d'engrènement importants conduisent à différents 20 modes de casse de la denture externe : - rupture en pied de dent, - cisaillement dans la zone d'engrènement avec la vis sans fin, - phénomène d'interférence entre la denture externe et la vis sans fin. 25 Par ailleurs, les matériaux plastiques utilisés actuellement, notamment dans le domaine technique des directions assistées électriques, arrivent à leur limite de performance. Bien entendu, le champ d'application de l'invention ne se limite pas au domaine technique des directions assistées électriques, pris uniquement à 30 titre illustratif. La présente invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités et concerne une roue d'engrenage, notamment pour réducteur à vis sans fin, la roue d'engrenage comportant : - un moyeu, 35 - une denture dite externe agencée en périphérie du moyeu, la denture externe étant réalisée dans un matériau plastique, la roue d'engrenage étant remarquable en ce qu'elle comporte des premiers moyens de renfort de la denture externe agencés à l'intérieur de la denture externe de manière à transférer des efforts d'engrènement de la denture externe vers le moyeu. Ainsi, de tels premiers moyens de renfort agencés à l'intérieur de la denture externe permettent d'améliorer la tenue mécanique de ladite denture tout en conservant une réalisation de ladite denture dans un matériau plastique avec des bruits d'engrènement sous efforts réduits. L'amélioration de la tenue mécanique provient du transfert des efforts d'engrènement vers le moyeu. Dans un mode de réalisation, les premiers moyens de renfort comportent une denture dite interne agencée en périphérie du moyeu de manière à présenter un alignement radial avec la denture externe. Ainsi, un tel alignement radial des dentures interne et externe permet d'améliorer l'efficacité du transfert des efforts d'engrènement de la 15 denture externe vers le moyeu. Avantageusement, le moyeu et la denture interne sont réalisés dans un matériau plastique comportant au moins une charge de préférence sélectionnée dans le groupe comportant les fibres de verre et les fibres de carbone. 20 Ainsi, contrairement à une réalisation métallique, la réalisation dans un matériau plastique comportant une charge confère au moyeu et à la denture interne une plus grande souplesse afin de privilégier des rapports de contact élevés avec la denture externe, et ce tout en conservant une tenue mécanique satisfaisante. 25 Dans un mode de réalisation, la roue d'engrenage comporte des deuxièmes moyens de renfort de la denture externe agencés à l'intérieur de la denture externe et à distance des premiers moyens de renfort. Ainsi, de tels deuxièmes moyens de renfort agencés à distance des premiers moyens de renfort permettent un découplage du renfort de la denture 30 externe qui améliore très nettement la tenue en fatigue de la denture externe. De tels deuxièmes moyens de renfort permettent de rigidifier la denture externe. Avantageusement, les deuxièmes moyens de renfort sont agencés radialement entre la tête de la denture interne et la tête de la denture externe. 35 Ainsi, de tels deuxièmes moyens de renfort sont adaptés pour lutter contre le cisaillement dans la zone d'engrènement avec la vis sans fin. Selon une forme d'exécution, les deuxièmes moyens de renfort comportent au moins une lame de renfort à l'intérieur de chaque dent de la denture externe. Selon une caractéristique, la denture externe présente un cercle primitif, et la lame de renfort de chaque dent de la denture externe présente une largeur axiale comprise entre 45 et 90% de la largeur axiale de la dent correspondante prise au niveau du cercle primitif. Selon une autre caractéristique, la lame de renfort de chaque dent de la denture externe présente une hauteur radiale comprise entre 30 et 70% 10 de la hauteur radiale de la dent correspondante. Ainsi, de telles géométries axiale et radiale des lames de renfort sont adaptées pour assurer un renfort satisfaisant de la denture externe. La présente invention se rapporte également à réducteur à vis sans fin, remarquable en ce qu'il comporte : 15 - une roue d'engrenage conforme à l'invention, - une vis sans fin agencée pour être en prise avec la denture externe de la roue d'engrenage. La présente invention se rapporte enfin à un procédé d'intégration de lames de renfort à l'intérieur d'une denture externe d'une roue d'engrenage 20 conforme à l'invention, remarquable en ce qu'il comporte les étapes consistant à: - fournir un moule d'injection adapté pour former la denture externe de la roue d'engrenage après moulage, - fournir une pluralité de tiges présentant chacune une première 25 extrémité et une seconde extrémité opposée, - relier les premières extrémités des tiges entre elles et les secondes extrémités des tiges entre elles respectivement par l'intermédiaire d'un premier et d'un second anneau de liaison de manière à former une cage, les tiges étant réparties circonférentiellement relativement aux premier et 30 second anneaux de liaison de manière à former les lames de renfort après moulage, - disposer la cage dans le moule d'injection, - surmouler la cage, - usiner les premier et second anneaux de liaison. 35 Ainsi, un tel procédé selon l'invention permet de garantir la position des lames de renfort dans le moule d'injection à l'aide de la cage formée par les premier et second anneaux de liaison, la cage étant disposée dans ledit moule. L'étape d'usinage des premier et second anneaux de liaison permet d'assurer le découplage des lames de renfort avec la denture interne formant les premiers moyens de renfort. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'une roue d'engrenage selon l'invention et d'un mode de mise en oeuvre d'un procédé d'intégration de lames de renfort selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe radiale d'une roue d'engrenage selon l'invention, - la figure 2 est une vue à l'échelle agrandie de la zone A matérialisée en figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en transparence et en perspective 15 d'une roue d'engrenage selon l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective d'une cage utilisée pour la mise en oeuvre d'un procédé d'intégration de lames de renfort selon l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective représentant la mise en place de la cage illustrée à la figure 4 dans un moule d'injection, 20 - la figure 6 est une vue de dessus représentant l'étape d'usinage des premier et second anneaux de liaison de la cage illustrée à la figure 4. La roue d'engrenage 1 pour réducteur à vis sans fin illustrée aux figures 1 à 3 comporte : - un moyeu 2, 25 - une denture dite externe 3 agencée en périphérie du moyeu 2, la denture externe 3 étant réalisée dans un matériau plastique. La denture externe 3 comporte un ensemble de dents 30 régulièrement réparties circonférentiellement. La denture externe 3 est de type denture droite. 30 Le matériau plastique dans lequel est réalisée la denture externe 3 est de préférence un polymère sélectionné dans le groupe comportant les polymères thermoplastiques, les élastomères caoutchoutiques, les élastomères thermoplastiques ou des composites élastomériques. Ledit matériau plastique peut comporter des charges organiques ou inorganiques, et/ou métalliques 35 pour assurer une action de rigidification et/ou une fonction de lubrification de l'engrenage. La roue d'engrenage 1 comporte des premiers moyens de renfort de la denture externe 3 agencés à l'intérieur de la denture externe 3 de manière à transférer des efforts d'engrènement de la denture externe 3 vers le moyeu 2. Les premiers moyens de renfort comportent une denture dite interne 4 agencée en périphérie du moyeu 2 de manière à présenter un alignement radial avec la denture externe 3. Une telle denture interne 4 forme renfort du pied des dents 30 de la denture externe 3. Il convient de souligner que de tels premiers moyens de renfort ont une fonction différente d'une simple rigidification pouvant être liée à la présence d'une charge adaptée dans le matériau plastique. En effet, l'agencement des premiers moyens de renfort est tel qu'il permet d'opérer un transfert efficace des efforts d'engrènement de la denture externe 3 vers le moyeu 2 par l'intermédiaire de la surface délimitée par la tête 40 de la denture interne 4, le moyeu 2 absorbant ces efforts d'engrènement. Le moyeu 2 et la denture interne 4 peuvent être réalisés dans un matériau plastique comportant au moins une charge sélectionnée dans le groupe comportant les fibres de verre et les fibres de carbone. Le moyeu 2 et la denture interne 4 peuvent être monobloc. La roue d'engrenage 1 comporte des deuxièmes moyens de renfort de la denture externe 3 agencés à l'intérieur de la denture externe 3 et à distance des premiers moyens de renfort. Plus précisément, les deuxièmes moyens de renfort comportent au moins une lame de renfort 5 à l'intérieur de chaque dent 30 de la denture externe 3. Chaque lame de renfort 5 est agencée radialement entre la tête 40 de la denture interne 4 et la tête 300 de la denture externe 3. Chaque lame de renfort présente une section radiale sensiblement trapézoïdale. La denture externe 3 présente un cercle primitif Cp, représenté en pointillés à la figure 3. Le cercle primitif Cp définit les zones des dents 30 de la denture externe 3 possédant la même vitesse tangentielle, approximativement à mi-hauteur radiale des dents 30. La lame de renfort 5 de chaque dent 30 de la denture externe 3 présente une largeur axiale comprise entre 45 et 90% de la largeur axiale de la dent 30 correspondante prise au niveau du cercle primitif Cp. La lame de renfort 5 de chaque dent 30 de la denture externe 3 35 présente une hauteur radiale H comprise entre 30 et 70% de la hauteur radiale de la dent correspondante. Bien entendu, par « axiale », on entend s'étendant suivant l'axe de rotation de la roue d'engrenage 1 ; et par « radiale », on entend s'étendant suivant un rayon de la roue d'engrenage 1. Le procédé d'intégration de lames de renfort 5 à l'intérieur d'une 5 denture externe 3 d'une roue d'engrenage 1 illustré aux figures 4 à 6 comporte les étapes consistant à : - fournir un moule d'injection 6 adapté pour former la denture externe 3 de la roue d'engrenage 1 après moulage, - fournir une pluralité de tiges 7 présentant chacune une première 10 extrémité 7a et une seconde extrémité 7b opposée, - relier les premières extrémités 7a des tiges 7 entre elles et les secondes extrémités 7b des tiges 7 entre elles respectivement par l'intermédiaire d'un premier et d'un second anneau de liaison 8a, 8b de manière à former une cage 9, les tiges étant réparties circonférentiellement 15 relativement aux premier et second anneaux de liaison 8a, 8b de manière à former les lames de renfort 5 après moulage, - disposer la cage 9 dans le moule d'injection 6, - surmouler la cage 9. - usiner les premier et second anneaux de liaison 8a, 8b. 20 Bien entendu, les modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif. Des détails et améliorations peuvent y être apportés dans d'autres variantes d'exécution sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi notamment que : 25 - la denture externe 3 peut être du type denture cylindrique droite ou hélicoïdale, - la roue d'engrenage 1 peut être utilisée pour un engrenage de type conique (concourant) ou de type gauche. REVENDICATIONS1. Roue d'engrenage (1), notamment pour réducteur à vis sans fin, la roue d'engrenage (1) comportant : - un moyeu (2), - une denture dite externe (3) agencée en périphérie du moyeu (2), la denture externe (3) étant réalisée dans un matériau plastique, la roue d'engrenage (1) étant caractérisée en ce qu'elle comporte des premiers moyens de renfort de la denture externe (3) agencés à l'intérieur de la denture externe (3) de manière à transférer des efforts d'engrènement de la denture externe (3) vers le moyeu (2). 2. Roue d'engrenage (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens de renfort comportent une denture dite interne (4) agencée en périphérie du moyeu (2) de manière à présenter un alignement radial avec la denture externe (3). 3. Roue d'engrenage (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyeu (2) et la denture interne (4) sont réalisés dans un matériau plastique comportant au moins une charge de préférence sélectionnée dans le groupe comportant les fibres de verre et les fibres de carbone. 4. Roue d'engrenage (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des deuxièmes moyens de renfort de la denture externe (3) agencés à l'intérieur de la denture externe (3) et à distance des premiers moyens de renfort. 5. Roue d'engrenage (1) selon la revendication 4 en combinaison avec la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les deuxièmes moyens de renfort sont agencés radialement entre la tête (40) de la denture interne (4) et la tête (300) de la denture externe (3). 6. Roue d'engrenage (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les deuxièmes moyens de renfort comportent au moins une lame de 35 renfort (5) à l'intérieur de chaque dent (30) de la denture externe (3). 7. Roue d'engrenage (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la denture externe (3) présente un cercle primitif (Cp), et en ce que la lame de renfort (5) de chaque dent (30) de la denture externe (3) présente une largeur axiale comprise entre 45 et 90% de la largeur axiale de la dent correspondante (30) prise au niveau du cercle primitif (Cp). 8. Roue d'engrenage (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la lame de renfort (5) de chaque dent (30) de la denture externe (3) présente une hauteur radiale (H) comprise entre 30 et 70% de la hauteur 10 radiale de la dent (30) correspondante. 9. Réducteur à vis sans fin, caractérisé en ce qu'il comporte : - une roue d'engrenage (1) selon l'une des revendications 1 à 8, - une vis sans fin agencée pour être en prise avec la denture 15 externe (3) de la roue d'engrenage (1). 10. Procédé d'intégration de lames de renfort (5) à l'intérieur d'une denture externe (3) d'une roue d'engrenage (1) selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : 20 - fournir un moule d'injection (6) adapté pour former la denture externe (3) de la roue d'engrenage (1) après moulage, - fournir une pluralité de tiges (7) présentant chacune une première extrémité (7a) et une seconde extrémité (7b) opposée, - relier les premières extrémités (7a) des tiges (7) entre elles et les 25 secondes extrémités (7b) des tiges (7) entre elles respectivement par l'intermédiaire d'un premier et d'un second anneau de liaison (8a, 8b) de manière à former une cage (9), les tiges (7) étant réparties circonférentiellement relativement aux premier et second anneaux de liaison (8a, 8b) de manière à former les lames de renfort (5) après moulage, 30 - disposer la cage (9) dans le moule d'injection (6), - surmouler la cage (9), - usiner les premier et second anneaux de liaison (8a, 8b).