Brevet FR2978222A1 — publié le 20130125

La présente invention se rapporte à une roue d'engrenage d'un réducteur à vis sans fin. Une roue d'engrenage d'un 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 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. 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 modes de casse de la denture externe, la rupture en pied de dent étant le mode de casse le plus usuel. Par ailleurs, les matériaux plastiques utilisés actuellement, 20 notamment dans le domaine technique des directions assistées électriques, arrivent à leur limite de performance. La présente invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités et concerne une roue d'engrenage d'un réducteur à vis sans fin, la roue d'engrenage comportant : 25 - un moyeu présentant une zone périphérique, - une denture dite externe réalisée dans un matériau plastique, la denture externe étant destinée à être en prise avec la vis sans fin, la denture externe présentant un cercle de pied, la roue d'engrenage étant remarquable en ce que la zone 30 périphérique du moyeu comporte une denture dite interne présentant un alignement radial avec la denture externe de manière à transférer des efforts d'engrènement de la denture externe vers le moyeu, et en ce que la denture interne du moyeu présente une section radiale comprenant une zone d'étranglement agencée sensiblement à la hauteur radiale du cercle de pied de 35 la denture externe. Ainsi, une telle denture interne du moyeu permet d'améliorer la tenue mécanique de la denture externe tout en conservant une réalisation de ladite denture externe 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 de la denture externe vers le moyeu. En outre, la présence d'une telle zone d'étranglement permet d'éviter une rigidification trop importante de la denture externe en conférant une certaine flexibilité. Par ailleurs, une telle zone d'étranglement garantit une bonne accroche radiale du matériau plastique de la denture externe sur la denture interne du moyeu. Toute propension de la denture externe à fluer vers l'extérieur est donc limitée, améliorant ainsi la tenue en fatigue de l'engrenage. Dans un mode de réalisation, la zone d'étranglement présente une épaisseur suivant une direction orthoradiale inférieure à 30 % de la hauteur radiale de la denture externe. Dans un mode de réalisation, le matériau plastique de la denture externe présente un module d'élasticité prédéterminé, et le moyeu est réalisé dans un matériau présentant un module d'élasticité supérieur au module d'élasticité dudit matériau plastique. Ainsi, un tel choix de matériau pour le moyeu permet d'améliorer l'efficacité du transfert des efforts d'engrènement de la denture externe vers le moyeu. Selon une forme d'exécution, la denture externe recouvre 25 entièrement la denture interne du moyeu. Ainsi, le sommet de la denture interne n'est pas apparent, ce qui permet de garantir une bonne tenue mécanique, thermique et dans le temps de l'engrenage. Selon une forme d'exécution, les dents de la denture interne du 30 moyeu comportent chacune une partie axiale présentant : - deux portions d'extrémité rectilignes s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de rotation de la roue d'engrenage, - une portion centrale reliant les deux portions d'extrémité entre elles, la portion centrale étant inclinée relativement à l'axe de rotation de la 35 roue d'engrenage. Ainsi, une telle denture interne du moyeu possède un comportement mécanique proche d'une denture hélicoïdale, l'inclinaison de la portion centrale correspondant à l'angle d'hélice. Une telle denture interne du moyeu est particulièrement avantageuse relativement à une denture strictement hélicoïdale dans la mesure où elle est beaucoup plus simple à fabriquer par moulage. En effet, un moule d'injection pour une denture hélicoïdale à fort angle d'hélice et/ou forte largeur axiale de roue d'engrenage est extrément complexe et coûteux notamment pour réaliser le mouvement d'hélice suivant l'axe de rotation de l'engrenage. Avantageusement, la plus grande distance séparant les portions d'extrémité de deux dents adjacentes de la denture interne du moyeu est strictement supérieure à la somme des plus grandes distances séparant les portions d'extrémité de chacune desdites dents adjacentes, lesdites distances étant mesurées suivant une direction orthoradiale. Ainsi, une telle configuration géométrique de la denture interne du moyeu permet de définir un interstice axial continu entre deux dents adjacentes, l'interstice s'étendant suivant l'axe de rotation de la roue d'engrenage. Une telle configuration géométrique garantit un démoulage aisé dans l'axe de rotation de la roue d'engrenage. Avantageusement, la denture interne du moyeu présente une hauteur radiale sensiblement égale à la hauteur radiale de la denture externe. Ainsi, une telle configuration géométrique permet d'obtenir des têtes de la denture interne du moyeu et de la denture externe suffisamment proches pour améliorer l'efficacité du transfert des efforts d'engrènement de la denture externe vers le moyeu. Selon une caractéristique avantageuse, le moyeu est réalisé dans un matériau plastique comportant au moins une charge sélectionnée dans le groupe comportant les fibres de verre et les fibres de carbone. Ainsi, un tel matériau plastique du moyeu permet d'adapter la flexibilité sous charge du moyeu en augmentant le nombre de dents de la denture interne sous charge et diminuant la contrainte en pied de dent. Selon une forme d'exécution, le moyeu présente un rayon de raccordement en pied de dent de la denture interne compris entre 5 et 200/0 de la hauteur radiale de la denture interne. Ainsi, un tel rayon de raccordement permet de garantir une bonne tenue mécanique de la denture interne du moyeu. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre de différents modes de réalisation d'une roue d'engrenage 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 un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une vue à l'échelle agrandie de la roue d'engrenage illustrée à la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe radiale d'une roue 10 d'engrenage selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 4 est une vue de dessus d'une roue d'engrenage selon l'invention représentant une denture interne hélicoïdale du moyeu, - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 représentant une denture interne du moyeu selon l'invention possédant un comportement 15 mécanique proche d'une denture hélicoïdale. Pour les différents modes de réalisation, les mêmes références seront utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction, par souci de simplification de la description. La roue d'engrenage 1 d'un réducteur à vis sans fin illustrée aux 20 figures 1 et 2 comporte : - un moyeu 2 présentant une zone périphérique 20, - une denture dite externe 3 réalisée dans un matériau plastique, la denture externe 3 étant destinée à être en prise avec la vis sans fin (non représentée). 25 La denture externe 3 comporte un ensemble de dents 30 régulièrement réparties circonférentiellement. La denture externe 3 est de type denture droite. Le matériau plastique dans lequel est réalisée la denture externe 3 est de préférence un polymère sélectionné dans le groupe comportant les 30 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 pour assurer une action de rigidification et/ou une fonction de lubrification de l'engrenage. 35 La zone périphérique 20 du moyeu 2 comporte une denture dite interne 4 présentant un alignement radial avec la denture externe 3 de manière à transférer des efforts d'engrènement de la denture externe 3 vers le moyeu 2. Par « radial », on entend une direction s'étendant suivant un rayon de la roue d'engrenage 1. La denture interne 4 du moyeu 2 comporte un ensemble de dents 40 régulièrement réparties circonférentiellement. La denture interne 4 est de type denture droite. Chaque dent 40 de la denture interne 4 présente une section radiale comprenant une zone d'étranglement 6 agencée sensiblement à la hauteur radiale du cercle de pied de la denture externe 3. La tête de chaque dent 40 de la denture interne 4 est légèrement bombée. La zone d'étranglement 6 présente une épaisseur suivant une direction orthoradiale inférieure à 30 % de la hauteur radiale H de la denture externe 3. Par « orthoradiale », on entend une direction perpendiculaire à la direction radiale et à l'axe de rotation X'-X de la roue d'engrenage 1, l'axe de rotation X'-X étant matérialisé aux figures 4 et 5. En outre, le moyeu 2 présente un rayon de raccordement Rc en pied de dent de la denture interne 4 pouvant être compris entre 5 et 200/0 de la hauteur radiale H de la denture interne 4. Le matériau plastique de la denture externe 3 présente un module d'élasticité prédéterminé. Le moyeu 2 peut être réalisé dans un matériau, tel qu'un matériau plastique, présentant un module d'élasticité supérieur au module d'élasticité dudit matériau plastique de la denture externe 3. Le moyeu 2 peut être réalisé dans un matériau plastique comportant au moins une charge sélectionnée dans le groupe comportant les fibres de verre et les fibres de carbone. La denture externe 3 est agencée sur la denture interne 4 du moyeu 2. Préférentiellement, la denture externe 3 recouvre entièrement la denture interne 4 du moyeu 2. La denture interne 4 du moyeu 2 présente une hauteur radiale h sensiblement égale à la hauteur radiale H de la denture externe 3. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, la roue d'engrenage 1 diffère de la roue d'engrenage 1 illustrée aux figures 1 et 2 en ce que : - la tête de chaque dent 40 de la denture interne 4 est droite, - la zone de raccordement en pied de dent entre le moyeu 2 et la 35 denture interne 4 est sensiblement rectiligne. En figure 4 est illustrée une denture interne 4 d'un moyeu 2 de type hélicoïdale présentant un angle d'hélice R. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 5, les dents 40 de la denture interne 4 du moyeu 2 comportent chacune une partie axiale 5 5 présentant : - deux portions d'extrémité 50 rectilignes s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de rotation X'-X de la roue d'engrenage 1, - une portion centrale 51 reliant les deux portions d'extrémité 50 entre elles, la portion centrale 51 étant inclinée relativement à l'axe de rotation 10 X'-X de la roue d'engrenage 1 de manière à former l'angle d'hélice R. Par « axiale », on entend une direction s'étendant suivant l'axe de rotation X'-X de la roue d'engrenage 1. La plus grande distance séparant les portions d'extrémité 50 de deux dents 40 adjacentes de la denture interne 4 du moyeu 2 est strictement 15 supérieure à la somme des plus grandes distances séparant les portions d'extrémité 50 de chacune desdites dents 40 adjacentes, lesdites distances étant mesurées suivant une direction orthoradiale. En d'autres termes, la denture interne 4 du moyeu 2 permet de définir un interstice axial continu de largeur d entre deux dents 40 adjacentes, l'interstice s'étendant suivant l'axe 20 de rotation X'-X de la roue d'engrenage 1. 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. 25 REVENDICATIONS1. Roue d'engrenage (1) d'un réducteur à vis sans fin, la roue d'engrenage (1) comportant : - un moyeu (2) présentant une zone périphérique (20), - une denture dite externe (3) réalisée dans un matériau plastique, la denture externe (3) étant destinée à être en prise avec la vis sans fin, la denture externe présentant un cercle de pied, la roue d'engrenage (1) étant caractérisée en ce que la zone périphérique (20) du moyeu (2) comporte une denture dite interne (4) présentant un alignement radial avec la denture externe (3) de manière à transférer des efforts d'engrènement de la denture externe (3) vers le moyeu (2), et en ce que la denture interne (4) du moyeu (2) présente une section radiale comprenant une zone d'étranglement (6) agencée sensiblement à la hauteur radiale du cercle de pied de la denture externe (3). 2. Roue d'engrenage (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone d'étranglement (6) présente une épaisseur suivant une direction orthoradiale inférieure à 30 % de la hauteur radiale (H) de la denture externe (3). 3. Roue d'engrenage (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau plastique de la denture externe (3) présente un module d'élasticité prédéterminé, et en ce que le moyeu (2) est réalisé dans un matériau présentant un module d'élasticité supérieur au module d'élasticité dudit matériau plastique. 4. Roue d'engrenage (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la denture externe (3) recouvre entièrement la denture 30 interne (4) du moyeu (2). 5. Roue d'engrenage (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les dents (40) de la denture interne (4) du moyeu (2) comportent chacune une partie axiale (5) présentant : 35 - deux portions d'extrémité (50) rectilignes s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de rotation (X'-X) de la roue d'engrenage (1),- une portion centrale (51) reliant les deux portions d'extrémité (50) entre elles, la portion centrale (51) étant inclinée relativement à l'axe de rotation (X'-X) de la roue d'engrenage (1). 6. Roue d'engrenage (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que la plus grande distance séparant les portions d'extrémité (50) de deux dents (40) adjacentes de la denture interne (4) du moyeu (2) est strictement supérieure à la somme des plus grandes distances séparant les portions d'extrémité (50) de chacune desdites dents (40) adjacentes, lesdites distances étant mesurées suivant une direction orthoradiale. 7. Roue d'engrenage (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la denture interne (4) du moyeu (2) présente une hauteur radiale (h) sensiblement égale à la hauteur radiale (H) de la denture externe (3). 8. Roue d'engrenage (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le moyeu (2) est réalisé dans un matériau plastique comportant au moins une charge sélectionnée dans le groupe comportant les fibres de verre et les fibres de carbone. 9. Roue d'engrenage (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le moyeu (2) présente un rayon de raccordement (Rc) en pied de dent de la denture interne (4) compris entre 5 et 200/0 de la hauteur radiale (H) de la denture interne (4).