Brevet FR3035163A1 — publié le 20161021

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un train à pignons parallèles, du type comprenant un pignon d'entrée, un pignon de sortie, et au moins deux- pignons intermédiaires montés rotatifs autour d'axes parallèles. L'invention peut notamment concerner un réducteur du type précité. ETAT DE LA TECHNIQUE La conception de certains systèmes mécaniques nécessite parfois, par exemple lorsque l'on désire transmettre un couple important, d'utiliser un train à pignons parallèles, dont une vue de face est illustrée en figure 1. Un train à pignons parallèles comprend un pignon d'entrée E, un pignon de sortie S, et au moins deux pignons intermédiaires I montés rotatifs autour d'axes parallèles. Le train à pignons parallèles obtenu est un système hyper-statique, qui ne garantit pas une répartition prévisible et déterminable du couple du pignon d'entrée sur les deux pignons intermédiaires. Pour pallier ce problème, des solutions ont déjà été proposées visant à compenser l'hyper-statisme du train à pignons parallèles en lui ajoutant un degré de liberté. On connaît par exemple l'utilisation d'arbres de torsion, dont le but est d'apporter une souplesse en torsion au système. Cette solution présente cependant l'inconvénient d'être plus encombrante axialement et de ne pas permettre une équirépartition du couple sur les deux pignons intermédiaires. En effet, d'une part des différences de raideur entre les arbres de torsion peuvent être observées, et d'autre part des torsions différentes des arbres peuvent être nécessaires, par exemple pour compenser des écarts géométriques au niveau des pignons, des déformations carters, etc. On connaît également des systèmes conférant un degré de liberté au pignon d'entrée ou au pignon de sortie, permettant par exemple de déplacer l'un de ces pignons pour lui permettre de se repositionner entre les pignons intermédiaires et ainsi de trouver un équilibre des forces appliquées par les pignons intermédiaires, afin d'assurer une répartition équitable du couple entre les pignons intermédiaires. 3035163 2 Cependant, ce type de système implique un désalignement des arbres d'entrée et de sortie, qui peut rajouter de fortes contraintes de conception sur les dentures des pignons, les parties cannelées et/ou les arbres de transmission. 5 PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour but de pallier aux inconvénients de l'art antérieur. En particulier, un but de l'invention est de proposer un train à pignons parallèles permettant une répartition prévisible du couple entre les pignons intermédiaires. Un autre but de l'invention est de permettre d'ajuster la répartition du couple 10 entre les pignons intermédiaires selon une répartition pré-définie. A cet égard, l'invention a pour objet un train à pignons parallèles comprenant : - un pignon d'entrée, - un pignon de sortie, et 15 - au moins deux pignons intermédiaires montés rotatifs autour d'axes parallèles, adaptés pour transmettre une partie d'un couple délivré par le pignon d'entrée au pignon de sortie, chaque pignon intermédiaire comprenant un premier étage de dentures pour engrener le pignon d'entrée et un deuxième étage de dentures pour engrener le pignon de sortie, 20 caractérisé en ce que - chaque pignon intermédiaire est monté à translation le long de son axe de rotation, - au moins un étage de dentures de chaque pignon intermédiaire est du type hélicoïdal, lesdites dentures étant propres à générer un effort axial 25 proportionnel à un couple délivré par ledit pignon, et en ce que le train comprend en outre un circuit hydraulique comprenant, pour chaque pignon intermédiaire, un piston solidaire en translation du pignon et une chambre en contact avec le piston, les chambres étant en communication de fluide les unes avec les autres de manière à ce qu'une pression de fluide dans le circuit 30 soit égale dans toutes les chambres, le circuit hydraulique comprenant en outre un régulateur de pression adapté pour moduler la pression dans les chambres en fonction du déplacement axial d'un piston dit équilibreur jusqu'à une position d'équilibre dudit piston. 3035163 3 Avantageusement, mais facultativement, le train à pignons parallèles selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - Le train comprend au moins trois pignons intermédiaires. - chaque piston comprend une tête en contact avec une chambre, et la 5 surface des sections transversales des têtes des pistons sont identiques. - chaque piston comprend une tête en contact avec une chambre, et les surfaces des sections transversales des têtes des pistons sont différentes. - le circuit hydraulique comprend une ligne de fuite de fluide s'étendant dans le piston équilibreur, et le régulateur de pression comprend une 10 protubérance en saillie dans la chambre en regard dudit piston, formant une restriction du débit de la ligne de fuite variable en fonction du déplacement du piston équilibreur. - Le train comprend un carter dans lequel sont agencées les chambres, et des roulements à rouleaux montés sur ledit carter, chaque pignon intermédiaire 15 étant logé dans un roulement à rouleaux respectif, permettant un mouvement de pivot glissant de chaque pignon intermédiaire par rapport audit carter. - L'amplitude de translation d'un pignon intermédiaire le long de son axe de rotation est strictement inférieure à la dimension des dentures de chaque 20 étage selon cet axe. - L'amplitude de translation d'un pignon intermédiaire est inférieure à 1 mm - Le train est du type épicycloïdal, et les pignons intermédiaires forment des satellites du train épicycloïdal. 25 Le train à pignons parallèles proposé permet une répartition prévisible et déterminable du couple entre les pignons intermédiaires. En effet, en fonctionnement, les dentures hélicoïdales du pignon intermédiaire correspondant au piston équilibreur induisent un effort axial du piston sur la chambre correspondante, jusqu'à atteindre un équilibre avec l'effort résultant de la pression de fluide dans la 30 chambre. Du fait de la communication de fluide entre les chambres, la pression de fluide s'exerçant sur les autres pignons est identique. Il en résulte un effort axial sur les autres pistons qui s'équilibre avec l'effort axial produit par les pignons intermédiaires correspondants. 3035163 4 En position d'équilibre, on peut, en déterminant la pression de fluide dans les chambres, et sachant la section des pistons, déterminer l'effort de chaque pignon intermédiaire. Comme l'effort axial généré par les dentures hélicoïdales de chaque pignon est proportionnel au couple transmis par le pignon, on peut déduire de la 5 répartition des efforts la répartition du couple transmis par les pignons. De plus, en modulant la section de la tête du chaque piston, on peut changer la répartition de couple. Par exemple, si toutes les sections sont identiques, le couple transmis par chaque pignon sera identique. Au contraire, l'augmentation de section d'un piston induit une augmentation 10 du couple transmis par le pignon correspondant par rapport aux autres pignons. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue 15 en regard des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1, déjà décrite, représente une vue de face d'un train à pignons parallèles selon l'art antérieur, - La figure 2a représente une vue en éclatée des pignons d'un train à pignons parallèles selon un mode de réalisation de l'invention. 20 - La figure 2b représente un exemple de réalisation des dentures d'un pignon intermédiaire, - La figure 2c représente un autre exemple de réalisation des dentures d'un pignon intermédiaire. - La figure 3 représente une vue partielle en développé d'un train à pignons 25 parallèles selon un mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION En référence à la figure 2a, on a représenté une vue partielle d'un train à 30 pignons parallèles 1 comprenant un pignon d'entrée 10 et un pignon de sortie 11. Le pignon d'entrée 10 et le pignon de sortie 11 sont solidaires en rotation respectivement d'un arbre d'entrée et d'un arbre de sortie (non représentés) de sorte qu'une rotation de l'arbre d'entrée entraine en rotation le pignon d'entrée, et qu'une rotation du pignon de sortie entraine en rotation le pignon de sortie. 3035163 5 Le train à pignons parallèles comprend en outre au moins deux pignons intermédiaires 12, et de préférence au moins trois pignons intermédiaires 12, adaptés pour transmettre un mouvement de rotation du pignon d'entrée 10 au pignon de sortie 11. 5 Le train 1 peut permettre de délivrer à l'arbre de sortie un couple ou une vitesse de rotation donnée à partir d'un couple ou une vitesse de rotation de l'arbre d'entrée. Le train 1 peut en particulier être un réducteur, et est avantageusement un train épicycloïdal, les pignons intermédiaires 12 formant alors les satellites du train épicycloïdal. 10 Les pignons intermédiaires 12 sont montés rotatifs autour d'axe parallèles. On note X-X la direction des axes de rotation des pignons. De préférence, les axes de rotation du pignon d'entrée 10 et du pignon de sortie 11 s'étendent également selon la direction X-X, parallèlement aux axes des pignons intermédiaires 12. Comme visible sur la figure 2, chaque pignon intermédiaire comprend un 15 premier étage de dentures 120e, adapté pour engrener un étage de dentures 100 correspondant du pignon d'entrée, et un deuxième étage de dentures 120s, adapté pour engrener un étage de dentures 110 correspondant du pignon de sortie. De plus, les pignons intermédiaires sont conçus pour générer un effort axial proportionnel au couple qu'il transmet, lorsqu'il est entrainé en rotation. 20 A cet égard, pour chaque pignon intermédiaire 12, au moins un étage de denture 120e, 120s est du type hélicoïdal, c'est-à-dire que les dentures 121 de cet étage s'étendent selon une direction formant un angle non nul par rapport à l'axe X-X de rotation du pignon. De façon connue, les dentures hélicoïdales engendrent un effort axial dont 25 l'intensité dépend de l'angle d'inclinaison de la denture par rapport à la direction X-X de l'axe de rotation du pignon, et qui est proportionnel au couple transmis par le pignon. Plus précisément, l'effort axial généré par une denture hélicoïdal s'exprime selon la relation suivante : C Fa =-- -R tan((3) Où C est le couple appliqué à la denture, R est le rayon de la denture, et [3 l'angle 30 entre la direction des dentures et l'axe X-X de rotation du pignon. Par conséquent, plusieurs modes de réalisation sont possibles pour que les pignons intermédiaires induisent un effort axial. 3035163 6 Selon un premier mode de réalisation, représenté en figure 2b, un seul étage 120e/s de dentures du pignon 12 comprend des dentures 121 hélicoïdales, et l'autre étage 120s/e de dentures comprend des dentures 121 droites, c'est-à-dire s'étendant selon la direction X-X. Sur la figure 2b, le deuxième étage de dentures 5 120s porte les dentures droites mais l'inverse pourrait également être appliqué. Selon un mode de réalisation alternatif, représenté en figure 2c, les deux étages de dentures de chaque pignon 12 comprennent des dentures hélicoïdales. Cependant, les étages de chaque pignon 12 sont conçus de sorte que la résultante totale de l'effort axial généré par les deux étages du pignon, c'est-à-dire la somme 10 des efforts axiaux des étages, soit non-nulle. A titre d'exemple non limitatif, en notant [31 l'angle formé par les dentures 121 du premier étage 120e par rapport à la direction X-X et [32 l'angle formé par les dentures 121 du deuxième étage 120s par rapport à l'axe, les deux angles étant orientés en adoptant une convention de mesure commune (par exemple, sur la 15 figure 2c, le plan est orienté dans le sens trigonométrique), les angles pl et 132 peuvent être choisis de signes opposés. Alternativement, selon un mode de réalisation préféré, ils peuvent être choisis de même signe, pourvu que la somme des efforts axiaux des deux étages de s'annule pas. Par exemple, en reprenant la formule indiquée ci-avant, si les deux étages du pignon présentent le même rayon, 20 (31 et [32 doivent être choisis de valeurs différentes s'ils sont de même signe (en effet un étage est mené et l'autre est menant, l'un est en action et l'autre en réaction). En référence à la figure 3, chaque pignon intermédiaire 12 est en outre monté à translation le long de la direction X-X de l'axe de rotation, permettant de 25 générer un déplacement axial relatif de faible amplitude entre les pignons 12. Sur la figure 3, les pignons intermédiaires sont représentés pour simplifier sur un même plan, bien que ce ne soit pas le cas en général si le train comporte plus de deux pignons intermédiaires. De plus, trois pignons intermédiaires 12 sont représentés sur la figure, mais ce nombre n'est pas limitatif. 30 Pour permettre le mouvement de translation des pignons, le train 1 comporte en outre un carter 30 et des roulements à rouleaux 31 fixés au carter, chaque pignon étant lié au carter par une liaison pivot-glissant d'axe en étant logé dans un roulement respectif 31. 3035163 7 Avantageusement, l'amplitude de déplacement des pignons intermédiaires 12 est inférieure à la dimension, dans la direction de l'axe de rotation des pignons, des dentures 121. L'amplitude de déplacement de chaque pignon le long de son axe de rotation est de préférence faible afin de limiter les glissements sur les 5 dentures, roulements et étanchéités. Typiquement, elle est inférieure à 1 mm. De plus, le train à pignons parallèles 1 comprend un circuit hydraulique 20 de régulation de l'effort axial généré par chaque pignon intermédiaire. Ce circuit hydraulique 20 comprend un ensemble de pistons 21, comprenant autant de pistons 21 que de pignons intermédiaires 12. 10 Chaque piston 21 est solidaire en translation (selon la direction X-X de l'axe de rotation du pignon) d'un pignon intermédiaire 12 correspondant, mais libre en rotation par rapport au pignon 12 afin que le pignon 12 puisse entrer en rotation autour de son axe sans entrainer le piston 21 correspondant en rotation. A cet égard, chaque pignon intermédiaire 12 loge un roulement à billes 32 15 sur lequel est monté le piston correspondant. Chaque piston 21 comprend une tête 210 et une tige 211. La tige s'étend à l'intérieur du pignon 12 correspondant, parallèlement à la direction X-X, en étant centrée sur l'axe de rotation du pignon. L'extrémité de la tige est montée sur le roulement à billes 32. 20 L'extrémité opposée de la tige 211 porte la tête 210, qui présente une section transversale plus grande que la section transversale de la tige, une section transversale étant prise orthogonalement à l'axe de la tige, qui correspond en fonctionnement à l'axe de rotation d'un pignon 12. Le circuit hydraulique 20 comprend également un ensemble de chambres 25 22, agencées dans le carter 30, comprenant un nombre de chambres 22 égal au nombre de pignons intermédiaires 12, et donc également égal au nombre de pistons 21. Les chambres 22 sont alimentées en fluide. A cet égard, le circuit hydraulique 20 comprend avantageusement un réservoir 23 de fluide et une pompe 30 24 adaptée pour alimenter les chambres en fluide. Les chambres 22 sont en communication de fluide les unes avec les autres. Avantageusement, chaque chambre 22 est liée à une autre chambre par une ligne 25 de communication de fluide. Ainsi, la pression de fluide est identique dans toutes les chambres 22. 3035163 8 Chaque chambre 22 est en contact d'un piston 21 respectif, c'est-à-dire immédiatement adjacente au piston. En particulier, la tête 210 de chaque piston présente une section transversale d'extrémité s'étendant au travers d'une ouverture dédiée du carter 30, et est en contact avec le fluide contenu dans la chambre 22. 5 Pour assurer l'étanchéité de la chambre au niveau du contact avec le piston 21, une étanchéité 33 (par exemple un joint torique) est positionnée entre la tête 210 du piston 21 et la paroi de la cavité du carter 30. Le circuit hydraulique 20 comprend avantageusement une ligne de fuite 26 permettant d'évacuer un débit de fluide injecté par la pompe dans les chambres. 10 La ligne de fuite 26 est avantageusement réalisée à l'intérieur de la tige 211*, creuse, d'un piston 21*, dit piston équilibreur. La ligne de fuite 26 est un canal interne de la tige, centré sur l'axe de la tige - correspondant à l'axe de rotation du pignon dans lequel s'étend la tige 211* du piston. Ce canal débouche d'un côté par la section transversale extrême de la tête 210* du piston afin d'être en 15 communication de fluide avec le chambre 22* correspondante, et par un autre côté de la tige vers une fuite. D'autres lignes de fuite peuvent être envisagées afin de réduire la section de la vanne de régulation 27 lors le piston 21* avance. Une ligne de fuite radiale pourrait par exemple être envisagée. 20 Enfin, le circuit hydraulique 20 comprend un régulateur 27 de la pression de fluide dans les chambres. Ce régulateur 27 est avantageusement une vanne, sous la forme d'une protubérance en saillie dans la chambre 22* se trouvant au contact du piston 21* équilibreur. La protubérance se trouve avantageusement sur la paroi 220 de la chambre 22* opposée à la section transversale extrême de la tête 210* du 25 piston. La protubérance forme une restriction 270 de débit de fluide entre le reste de la chambre 22* et la ligne de fuite 26, la restriction étant variable en fonction du déplacement axial du piston équilibreur 21*. Il résulte de cette structure le fonctionnement suivant. 30 Lorsque le pignon intermédiaire 12* dans lequel est monté le piston 21* équilibreur est entrainé en rotation, il génère, du fait de ses dentures hélicoïdales, un effort axial proportionnel au couple qu'il transmet. La liberté en translation axiale du pignon autorise alors un déplacement selon la direction X-X du pignon 12* et du piston 21*. Ce déplacement module la 3035163 9 communication de fluide entre le piston 21* et la chambre au niveau de la restriction. Par exemple, le déplacement du piston tend à rapprocher le piston 21* de la protubérance 27 formant le régulateur et à limiter le débit de fuite dans la ligne 26 en limitant le débit au niveau de la restriction 270. 5 En conséquence, la pression dans les chambres augmente, jusqu'à ce que l'effort résultant de la pression dans la chambre 22* compense l'effort axial du piston 21* et du pignon correspondant. Une fois cette compensation obtenue un état d'équilibre est atteint. Selon un autre exemple, un effort axial du pignon 12* diminue. De fait l'effort 10 axial résultant de la pression de fluide dans la chambre 22* tend à déplacer le piston 21* dans la direction opposée, ce qui augmente la section d'écoulement de fluide au niveau de la restriction 270, et diminue la pression jusqu'à retrouver un équilibre entre l'effort résultant de la pression de fluide dans la chambre 22* et l'effort axial du pignon 12* sur le piston 21*. 15 On adopte les notations suivantes : - i l'indice d'un piston 21, - Peq la pression de fluide dans les chambres 22 - Si la surface de la section transversale de la tête d'un piston i, - FP, l'effort résultant de la pression de fluide sur le piston i, en valeur absolue 20 - FE, l'effort résultant des dentures des pignons sur le piston i, en valeur absolue - C, le couple transmis par le pignon i, en valeur absolue - k une constante de probabilité entre l'effort FE, et le couple C. Pour un état d'équilibre, la pression Peq est identique dans toutes les 25 chambres 22, et dans chaque chambre, l'effort résultant de la pression compense l'effort axial du pignon correspondant : FPi = FEi PeqSi = FEi = kCi Or, les surfaces étant connues, et la pression étant identique pour toutes les chambres, on peut en déduire aisément une répartition des efforts axiaux des différents pignons intermédiaires 12, et donc la répartition des couples transmis par 30 les pignons. Ainsi par exemple, si toutes les sections des têtes de pistons 21 sont de taille identique, on en déduit que les efforts des pignons intermédiaires 12 sont tous 3035163 10 identiques ; le circuit hydraulique instaure un équilibre entre tous les pignons intermédiaires 12 et répartit le couple total transmis par ces pignons 12 de manière égale entre l'ensemble des pignons. Selon un autre exemple, les sections des têtes de pistons 21 sont de tailles 5 différentes. Par exemple deux pistons 21, indexés 1,2, présentent une tête dont la surface St2 de la section est identique. Un troisième piston 21, indexé 3 présente une tête dont la surface de la section S3 est le double de S1,2. On en déduit, les relations suivantes. D'une part, pour les pistons 1 et 2 : F131,2 = FE1,2 PeciS1,2 FE1,2 kC1,2 10 D'autre part, pour le piston 3 : FP3 = FE3 PeqS3 = FE3 = kC3 C3 - 2C1 - 2C2 En notant C le couple total transmis par les pignons intermédiaires 12, on en déduit que le quart du couple C est transmis par le piston 1 et par le piston 2, et la moitié du couple C est transmis par le piston 3. Le train 1 à pignons parallèles proposé permet donc de répartir aisément un 15 couple transmis par les pignons intermédiaires parallèles 12, et de moduler cette répartition en fonction de la surface des sections des pistons 21. REVENDICATIONS1. Train (1) à pignons parallèles, comprenant : un pignon d'entrée (10), - un pignon de sortie (11), et - au moins deux pignons intermédiaires (12) montés rotatifs autour d'axes parallèles, adaptés pour transmettre une partie d'un couple délivré par le pignon d'entrée (10) au pignon de sortie (11), chaque pignon intermédiaire (12) comprenant un premier étage de dentures (120e) pour engrener le pignon d'entrée (10) et un deuxième étage de dentures (120s) pour engrener le pignon de sortie (11), caractérisé en ce que - chaque pignon intermédiaire (12) est monté à translation le long de son axe de rotation, au moins un étage de dentures (120) de chaque pignon intermédiaire (12) est du type hélicoïdal, lesdites dentures (121) étant propres à générer un effort axial proportionnel à un couple délivré par ledit pignon (12), et en ce que le train (1) comprend en outre un circuit hydraulique (20) comprenant, pour chaque pignon intermédiaire (12), un piston (21) solidaire en translation du pignon (12) et une chambre (22) en contact avec le piston (21), les chambres étant en communication de fluide les unes avec les autres de manière à ce qu'une pression de fluide dans le circuit soit égale dans toutes les chambres (22), le circuit hydraulique comprenant en outre un régulateur de pression (27) adapté pour moduler la pression dans les chambres en fonction du déplacement axial d'un piston (21*) dit équilibreur jusqu'à une position d'équilibre dudit piston (21*). 2. Train (1) à pignons parallèles selon la revendication 1, comprenant au moins trois pignons intermédiaires (12). 3. Train (1) à pignons parallèles selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel chaque piston (21) comprend une tête (210) en contact avec une chambre, et la surface des sections transversales des têtes des pistons (21) sont identiques. 3035163 12 4. Train (1) à pignons parallèles selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel chaque piston (21) comprend une tête (210) en contact avec une chambre, et les surfaces des sections transversales des têtes des pistons (21) sont différentes. 5 5. Train (1) à pignons parallèles selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit hydraulique (20) comprend une ligne de fuite (26) de fluide s'étendant dans le piston (21*) équilibreur, et le régulateur de pression (27) comprend une protubérance en saillie dans la chambre (22*) en regard dudit piston, formant une restriction (270) du débit de la ligne de fuite (26) variable en fonction du 10 déplacement du piston équilibreur. 6. Train (1) à pignons parallèles selon l'une des revendications précédentes, comprenant un carter (30) dans lequel sont agencées les chambres (22), et des roulements à rouleaux (31) montés sur ledit carter, chaque pignon intermédiaire (12) 15 étant logé dans un roulement à rouleaux respectif, permettant un mouvement de pivot glissant de chaque pignon intermédiaire (12) par rapport audit carter (30). 7. Train (1) à pignons parallèles selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'amplitude de translation d'un pignon intermédiaire (12) le long de son axe de 20 rotation (X-X) est strictement inférieure à la dimension des dentures (121) de chaque étage selon cet axe. 8. Train (1) à pignons parallèles selon la revendication précédente, dans lequel l'amplitude de translation d'un pignon intermédiaire (12) est inférieure à 1 mm. 9. Train (1) à pignons parallèles selon l'une des revendications précédentes, le train étant du type épicycloïdal, et les pignons intermédiaires (12) formant des satellites du train épicycloïdal. 25 30