Brevet FR3032767A1 — publié le 20160819

DISPOSITIF D'ENGRENAGE À GALET(S) ENTRAÎNANT AU MOINS UN PIGNON À DENTS EN PARTIE CYCLOÏDALES L'invention concerne les dispositifs d'engrenage qui comprennent au moins un pignon muni de dents et au moins un galet propre à être déplacé pour engrener ces dents. Comme le sait l'homme de l'art, pour que les dispositifs d'engrenage précités fonctionnent correctement, les différentes dents et les espaces inter- dents de leurs pignons doivent être usinés précisément. Lorsque ces dents et les espaces inter-dents associés sont de petites dimensions leur usinage nécessite généralement l'utilisation d'une fraise à trois tailles, ce qui rend le dispositif d'engrenage relativement onéreux. Par ailleurs, cet usinage induit des dispersions de localisation et de forme des dents et espaces inter-dents qui génèrent des petits glissements entre dents qui nuisent au rendement et sont à l'origine d'une usure accélérée et éventuellement de bruits potentiellement gênants. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Elle propose notamment à cet effet un dispositif d'engrenage comprenant au moins un pignon muni de dents et au moins un galet de forme cylindrique circulaire, ayant un premier axe central et propre à être déplacé pour engrener les dents. Ce dispositif d'engrenage se caractérise par le fait : - que chaque dent présente au moins une face externe orientée vers une dent voisine et comportant une première partie concave et une deuxième partie convexe en forme de portion de cycloïde, et - que le/chaque galet est destiné à être couplé à un arbre d'entraînement en ayant son premier axe central parallèle à un deuxième axe central de cet arbre d'entraînement, de sorte que son point de contact avec une dent qu'il engrène ait une trajectoire cycloïdale lorsque l'arbre d'entraînement est entraîné en rotation, et ainsi qu'il induise sensiblement une translation de cette dent. 3032767 2 Ainsi, le/chaque galet peut avantageusement transmettre directement le mouvement et l'effort, qu'il reçoit de l'arbre d'entraînement, au pignon auquel il est associé, ce qui assure un haut rendement. En outre, l'invention permet de réduire le coût de fabrication du dispositif d'engrenage du fait que 5 les dents de chaque pignon peuvent être avantageusement usinées par « contournage » puisque l'on n'est plus dépendant de la forme des outils et donc qu'une simple fraise à deux tailles peut être utilisée, par exemple. Le dispositif d'engrenage selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et io notamment : - il peut comprendre au moins deux pignons identiques et solidarisés fixement l'un à l'autre en ayant un même troisième axe central et leurs dents respectives décalées d'un premier angle choisi, et au moins deux galets couplés fixement l'un à l'autre en étant décalés d'un second angle 15 choisi et engrenant des dents appartenant respectivement à des pignons associés. Dans ce cas, l'un des galets est destiné à être solidarisé fixement à l'arbre d'entraînement ; - ses galets peuvent être solidarisés fixement l'un à l'autre ; - en variante, il peut comprendre au moins un disque rigide comprenant 20 deux faces opposées auxquelles sont solidarisés fixement deux galets voisins décalés du second angle choisi ; - chaque galet peut être équipé d'un roulement, par exemple de type dit à billes ou à aiguilles ; - la première partie de chaque dent peut être sensiblement en forme de 25 quart de cercle ; - la deuxième partie de chaque dent peut être prolongée par une troisième partie sensiblement plane. Elle propose également un équipement comprenant au moins un dispositif d'engrenage du type de celui présenté ci-avant. 30 Par exemple, cet équipement pourra être choisi parmi au moins une boîte de vitesses (éventuellement de véhicule), une direction assistée électrique d'un véhicule (éventuellement de type automobile), et un étrier 3032767 3 électrique d'un système de freinage d'un véhicule (éventuellement de type automobile). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés (obtenus 5 en CAO/DAO, d'où le caractère apparemment discontinu de certaines lignes et la présence de parties grisées), sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de réalisation d'un dispositif d'engrenage selon l'invention, et - la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, une 10 partie du dispositif d'engrenage de la figure 1. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif d'engrenage DE destiné à faire partie d'un équipement. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que l'équipement, et donc le dispositif d'engrenage DE, sont destinés à faire partie 15 d'un véhicule, éventuellement de type automobile, comme par exemple une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout système ou appareil comportant au moins un équipement muni d'au moins un dispositif d'engrenage DE. Ainsi, l'invention concerne tous les véhicules (terrestres, maritimes (ou fluviaux), et aériens) et toutes les 20 installations, y compris celles de type industriel. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que l'équipement est une direction assistée électrique destinée à orienter des roues d'au moins un train d'un véhicule. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type d'équipement. Ainsi, elle concerne également et notamment 25 les boîtes de vitesses (éventuellement de véhicule), les étriers électriques de système de freinage de véhicule (éventuellement de type automobile), et les réducteurs par exemple destinés à transmettre un couple à une roue et une vis sans fin. On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de 30 réalisation d'un dispositif d'engrenage DE selon l'invention. Comme illustré, un dispositif d'engrenage DE, selon l'invention, comprend au moins un pignon Plj et au moins un galet Gj associé à ce pignon Plj. 3032767 4 Le/chaque pignon Plj est muni de dents DP qui sont espacées périodiquement et qui, comme cela est mieux illustré sur la figure 2, présentent chacune au moins une face externe orientée vers une dent voisine et comportant une première partie P1 concave et une deuxième partie P2 5 convexe et en forme de portion de cycloïde. On notera que dans l'exemple illustré non limitativement toutes les dents DP présentent deux faces externes opposées l'une à l'autre et orientées respectivement vers deux dents DP voisines. On notera également que la première partie P1 d'une dent DP est io prolongée par la première partie P1 de la dent DP voisine. Par exemple, et non limitativement, la première partie P1 de chaque dent DP peut être sensiblement en forme de quart de cercle, comme illustré sur les figures 1 et 2. L'espace inter-dents qui est délimité par les premières parties P1 liées de deux dents DP voisines est alors semi-circulaire (en 15 section). Mais d'autres formes concaves peuvent être envisagées, l'objectif de cette forme étant préférentiellement d'empêcher qu'un galet Gj vienne au contact de la face externe de deux dents DP voisines dans le fond de l'espace inter-dents. 20 Le/chaque galet Gj présente une forme cylindrique circulaire, comporte un premier axe central Al qui est parallèle à sa génératrice, et est propre à être déplacé pour engrener les dents DP. Ce déplacement est assuré lorsque le/chaque galet Gj est couplé d'une manière particulière à un arbre d'entraînement AE ayant un deuxième axe central A2. Plus 25 précisément, selon l'invention le/chaque galet Gj est destiné à être couplé à l'arbre d'entraînement AE en ayant son premier axe central Al parallèle au deuxième axe central A2 de cet arbre d'entraînement AE (mais pas confondu), de sorte que son point de contact avec une dent DP qu'il engrène ait une trajectoire cycloïdale lorsque l'arbre d'entraînement AE est entraîné en 30 rotation, et ainsi qu'il induise sensiblement une translation de cette dent DP. Cette translation est sensiblement perpendiculaire au bras de levier théorique que forme la droite joignant le deuxième axe central A2 de l'arbre d'entraînement AE et le troisième axe central A3 des pignons Plj. 3032767 5 L'arbre d'entraînement AE peut éventuellement faire partie du dispositif d'engrenage DE. Il peut être entraîné en rotation autour de son deuxième axe central A2 par tout moyen, et notamment par des cardans ou un moteur, éventuellement électrique, ou encore un réducteur, 5 éventuellement cycloïde. La solidarisation fixe d'un premier galet G1 à l'arbre d'entraînement AE peut, par exemple, se faire par collage ou soudage, éventuellement via un disque. Mais elle peut également résulter d'une fabrication de type monobloc (par moulage ou usinage) lorsque l'arbre d'entraînement AE fait partie du 10 dispositif d'engrenage DE. La forme de la seconde partie P2 des dents DP et le couplage fixe et décentré de chaque galet Gj à l'arbre d'entraînement AE résultent du raisonnement suivant. Si l'on solidarise fixement un galet Gj à une pièce rotative, ici un arbre d'entraînement AE, et que l'on fait tourner cette pièce, la 15 trajectoire d'un point fixe (ou point de contact) du galet Gj est une portion de cycloïde. Par conséquent, lorsque ce galet Gj est en prise dans un espace inter-dents délimité par des empreintes (ici P2) en forme de développante de cercle (ou portion de cycloïde) et que l'on fait tourner la pièce AE à laquelle il est solidarisé, la force qu'il exerce sur la dent DP, qui comprend l'empreinte 20 en développante de cercle P2 qu'il contacte, est quasiment constamment parallèle à une unique direction qui est sensiblement perpendiculaire au bras de levier théorique que forme la droite joignant le deuxième axe central A2 de l'arbre d'entraînement AE et le troisième axe central A3 des pignons Plj. Cela induit une translation de cette dent DP suivant cette unique direction et donc 25 un entraînement en rotation du pignon Plj qui la comprend. Grâce à l'invention, le/chaque galet Gj peut avantageusement transmettre directement le mouvement et l'effort, qu'il reçoit de l'arbre d'entraînement AE, au pignon Plj auquel il est associé, ce qui assure un haut rendement. 30 On notera qu'en faisant tendre le diamètre d'un pignon Plj vers l'infini, on le transforme en une crémaillère qui peut alors être translatée par le galet Gj associé. 3032 767 6 On notera également que dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1, le dispositif d'engrenage DE comprend six pignons Plj (j = 1 à 6) identiques et associés respectivement à six galets Gj sensiblement identiques. Plus précisément, les six pignons Plj sont solidarisés fixement les 5 uns aux autres en ayant un même troisième axe central A3 et leurs dents DP respectives décalées d'un premier angle choisi, et les six galets Gj sont couplés fixement l'un à l'autre en étant décalés d'un second angle choisi, et l'un de ces galets Gj est destiné à être solidarisé fixement à l'arbre d'entraînement AE. Ainsi, les six galets Gj peuvent engrener des dents DP qui 10 appartiennent respectivement à des pignons Plj associés, ce qui permet d'améliorer encore plus le rendement. Plus le nombre de galets Gj est élevé, plus le rendement est élevé. La valeur du premier angle est de préférence strictement inférieure à celle du second angle. On notera que plus le nombre N de pignons Plj est 15 important, plus le nombre de galets Gj en mesure de transmettre leur couple au pignon Plj associé est important, et donc plus le rendement peut être important. Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, le second angle est égal à 60° du fait que les six galets Gj sont répaitis de façon homogène, en 20 projection, sur l'intégralité d'un cercle de l'arbre d'entraînement AE centré sur le deuxième axe central A2 de ce dernier (AE). D'une manière générale, la valeur du second angle est égale à 360°/N, où N estle nombre de galets Gj. Lorsque le dispositif d'engrenage DE comporte plusieurs galets Gj, ces derniers (Gj) peuvent être solidarisés fixement l'un à l'autre, par exemple 25 du fait d'un collage ou d'un soudage ou encore d'une réalisation de type monobloc (par moulage ou usinage). En variante, le dispositif d'engrenage DE peut comprendre au moins un disque rigide comprenant deux faces opposées auxquelles sont solidarisés fixement deux galets voisins décalés du second angle choisi. Dans ce cas, en présence de N galets Gj, on utilise N-1 disques 30 inter-galets. La solidarisation des galets Gj aux disques peut par exemple se faire par collage ou soudage. Elle peut également résulter d'un assemblage monobloc, à l'image d'un vilebrequin. On notera que lorsque le dispositif d'engrenage DE comporte 3032767 7 plusieurs galets Gj, celui qui est situé à l'opposé de l'arbre d'entraînement AE peut être solidarisé fixement (éventuellement via un disque) à un arbre de sortie destiné à être monté à rotation sur un support adapté. Cela permet en effet de consolider l'ensemble et d'améliorer le transfert de couple des galets 5 Gj vers les pignons Plj. La solidarisation fixe du dernier galet à l'arbre de sortie peut, par exemple, se faire par collage ou soudage, éventuellement via un disque. Mais elle peut également résulter d'une fabrication de type monobloc (par moulage ou usinage) lorsque l'arbre de sortie fait partie du dispositif d'engrenage DE. 10 On notera également que dans des variantes de réalisation non illustrées, le dispositif d'engrenage DE pourrait ne comporter qu'un seul pignon Plj associé à un seul galet Gj, ou bien au moins deux pignons Plj associés respectivement à au moins deux galets Gj. On notera également qu'il est particulièrement avantageux, bien que 15 cela n'apparaisse pas sur les figures, que chaque galet Gj soit équipé d'un roulement, par exemple de type dit à billes ou à aiguilles. On obtient ainsi un engrenage à roulement(s) dans lequel chaque galet Gj et les dents DP du pignon Plj associé interagissent par un contact par roulement plutôt que par un contact avec glissement, ce qui est favorable au rendement et permet 20 d'éviter une usure accélérée et éventuellement la génération de bruits. On notera également que la plupart des dents DP peuvent comprendre deux secondes parties P2 qui se rejoignent en leur sommet (ou crête), comme illustré dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 2. Les dents DP sont donc ici « complètes », ce qui permet à chacune d'entre elles 25 de transmettre beaucoup de mouvement. Mais les sommets (ou crêtes) des dents DP étant relativement fragiles et ne participant que très peu à leur translation, du fait que le couple transmis par un galet Gj décroit lorsque la zone de la seconde partie P2 qu'il contacte s'éloigne de la première partie P1 voisine, ils (elles) peuvent être 30 arasé(e)s (ou tronqué(e)s). Dans ce cas la deuxième partie P2 de chaque dent DP est prolongée par une troisième partie qui est sensiblement plane et parallèle à la direction de translation. On notera que les crêtes des dents DP étant coupées, ces dernières (DP) ne travaillent que dans une plage où le 3032767 8 vecteur force qu'elles subissent est proche de la direction de translation. L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : - une réduction du coût de fabrication du dispositif d'engrenage du fait que les dents de chaque pignon peuvent être avantageusement usinées par 5 contournage, par exemple avec une fraise à deux tailles, la possibilité de définir un engrenage à roulement(s), ce qui permet notamment d'obtenir un rendement équivalent à celui d'un réducteur cycloïde, la possibilité, en cas de couplage à un moteur électrique, de réduire 10 notablement la vitesse de ce dernier afin d'augmenter sa puissance massique. REVENDICATIONS1. Dispositif d'engrenage (DE) comprenant au moins un pignon (Plj) muni de dents (DP) et au moins un galet (Gj) de forme cylindrique circulaire, ayant un premier axe central (A1) et propre à être déplacé pour engrener lesdites dents (DP), caractérisé en ce que chaque dent (DP) présente au moins une face externe orientée vers une dent voisine et comportant une première partie (P1) concave et une deuxième partie (P2) convexe en forme de portion de cycloïde, et en ce que ledit galet (Gj) est destiné à être couplé à un arbre d'entraînement (AE) en ayant son premier axe central (A1) parallèle à un deuxième axe central (A2) dudit arbre d'entraînement (AE), de sorte qu'un point de contact avec une dent (DP) qu'il engrène ait une trajectoire cycloïdale lorsque ledit arbre d'entraînement (AE) est entraîné en rotation, et ainsi qu'il induise sensiblement une translation de cette dent (DP). 2. Dispositif d'engrenage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux pignons (Plj) identiques et solidarisés fixement l'un à l'autre en ayant un même troisième axe central (A3) et leurs dents (DP) respectives décalées d'un premier angle choisi, et au moins deux galets (Gj) couplés fixement l'un à l'autre en étant décalés d'un second angle choisi et engrenant des dents appartenant respectivement à des pignons associés, et l'un desdits galets (Gj) étant destiné à être solidarisé fixement audit arbre d'entraînement (AE). 3. Dispositif d'engrenage selon la revendication 2, caractérisé en ce lesdits galets (Gj) sont solidarisés fixement l'un à l'autre. 4. Dispositif d'engrenage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un disque rigide comprenant deux faces opposées auxquelles sont solidarisés fixement deux galets (Gj) voisins décalés dudit second angle choisi. 5. Dispositif d'engrenage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque galet (Gj) est équipé d'un roulement. 6. Dispositif d'engrenage selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit roulement est de type dit à billes ou à aiguilles. 3032767 10 7. Dispositif d'engrenage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite première partie (P1) est sensiblement en forme de quart de cercle. 8. Dispositif d'engrenage selon l'une des revendications 1 à 7, 5 caractérisé en ce que ladite deuxième partie (P2) de chaque dent (DP) est prolongée par une troisième partie sensiblement plane. 9. Equipement, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif d'engrenage (DE) selon l'une des revendications précédentes. 10. Equipement selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est 10 choisi dans un groupe comprenant une boîte de vitesses, une direction assistée électrique d'un véhicule, et un étrier électrique d'un système de freinage d'un véhicule.