Brevet FR3042562A1 — publié le 20170421

La présente invention concerne les réducteurs ou multiplicateurs de vitesse. En particulier, la présente invention concerne la pré-charge de roulements pour réducteur ou multiplicateur de vitesse ainsi que le montage du réducteur ou multiplicateur de vitesse. Le terme « réducteur » sera utilisé par la suite aussi bien pour désigner un réducteur qu'un multiplicateur de vitesse. Il est parfois nécessaire, dans un réducteur, d'avoir des roulements pré-chargés. La pré-charge doit alors être homogène et constante tout au long de la vie de la machine. Parmi les techniques de pré-charge de roulements, il est connu, lors du montage d'un réducteur, d'imposer une valeur de calage afin de pré-charger les roulements. Par exemple, la figure 1 illustre partiellement et schématiquement un réducteur de l'art antérieur muni d'un arbre 1, d'un engrenage spiroconique 2, de deux roulements 3 à rouleaux 4 coniques disposés selon un montage dit en "O". Les roulements 3 comprennent une bague radialement intérieure 5 et une bague radialement extérieure 6. Deux circlips 7 et 8 permettent de bloquer axialement les roulements. Pour pré-charger les roulements 3, une interface formée d'un système de calage 9 comprenant des cales est installée entre les roulements 3. Dans l'exemple de l'art antérieur illustré sur la figure 2, la mise en oeuvre d'une pré-charge dans les roulements est réalisée en disposant une interface formée d'un écrou à encoches 12 entre les roulements 3 et en faisant varier le serrage de celui-ci. Ainsi, selon ces deux modes de réalisations connus, on impose au montage, dans l'une des bagues des roulements, une précontrainte ou pré-charge par calage. Ces solutions créent plusieurs problèmes. Tout d'abord, une interface spécifique pour chaque couple réducteur est nécessaire. Dans une gamme complète, il est ainsi nécessaire d'avoir des pièces d'interface entre les moteurs et les réducteurs. Ainsi, le nombre de références est relativement important pour une gamme complète de moteurs et de réducteurs. De plus, la réalisation de l'interface nécessite de mesurer les pièces à jeu nul, de calculer le calage à effectuer et de déterminer statistiquement les valeurs permettant d'obtenir un calage unique. Ainsi, le montage s'appuie sur des statistiques, sans fournir de certitude. Par ailleurs, le réglage se fait machine par machine. Il est en effet nécessaire de faire un calage au cas par cas, pour chaque machine produite, ce qui génère une perte de temps au montage. Enfin, au fur et à 3042562 2 mesure de l'utilisation de la machine, la précontrainte prévue au départ tend à diminuer avec l'usure des différentes pièces. L'invention a ainsi pour objectif de résoudre tout ou partie des problèmes posés par l'art antérieur. En particulier, l'invention vise à réduire le temps de montage, éviter une 5 perte de pré-charge des roulements au long de la vie de la machine et trouver une solution pouvant être utilisée pour des machines différentes. Elle y parvient grâce à un réducteur de vitesse comportant un arbre s'étendant selon un axe longitudinal, deux roulements disposés autour de l'arbre, les deux roulements comportant chacun une bague radialement extérieure, une bague radialement intérieure et 10 des éléments de roulement disposés entre les bagues radialement extérieure et intérieure, le réducteur comprenant un système de pré-charge positionné dans l'intervalle entre les deux roulements, ce système de pré-charge comportant : - deux éléments d'entretoise respectivement en appui avec l'une des bagues des roulements, 15 au moins un élément élastiquement déformable interposé entre les deux éléments d'entretoise, configuré pour pouvoir occuper un premier état précontraint et un deuxième état au moins partiellement détendu, le système de pré-charge étant agencé de telle sorte que le passage du premier état au deuxième état dudit au moins un élément élastiquement déformable entraîne un 20 déplacement en rotation unidirectionnel de chaque élément d'entretoise par rapport à l'autre, et par effet de coin génère une pré-charge dans les roulements. Par « appui », on désigne autant un contact qu'un appui avec interposition ou non d'un élément de type bague ou autre élément intercalé. Grâce à l'invention, on dispose d'une précontrainte automatique liée à une 25 détente au moins partielle dudit au moins un élément élastiquement déformable. Le temps de montage est ainsi réduit. Lorsque les pièces mécaniques viennent à s'user, l'action du ou des éléments élastiquement déformables tend à maintenir la précharge définie au montage des machines. Les bruits engendrés par l'apparition d'un jeu dans le roulement sont ainsi réduits et la perte de précharge est réduite, voire absente. 30 Chaque élément d'entretoise peut être en appui uniquement avec la bague radialement extérieure du roulement associé. En variante, chaque élément d'entretoise peut être uniquement en appui contre la bague radialement intérieure du roulement associé. 3042562 3 Chaque élément d'entretoise présente avantageusement une face extérieure d'appui contre l'un des roulements et une face intérieure, opposée à la face extérieure, en contact avec ledit au moins un élément élastiquement déformable, la face intérieure présentant au moins un logement pour ledit élément élastiquement déformable tel qu'il 5 exerce, lors du passage du premier état au deuxième état, un effort sensiblement tangentiel sur la face intérieure. Avantageusement, la face intérieure présente au moins un relief, étant par exemple au moins partiellement hélicoïdale, de forme sensiblement complémentaire à la face intérieure de l'autre élément d'entretoise hormis le logement dudit au moins un 10 élément élastiquement déformable. Le relief, tel que la forme hélicoïdale, de la face intérieure de chaque élément d'entretoise permet de créer une force axiale par effet de coin lors du passage du premier état au deuxième état dudit au moins un élément élastiquement déformable. Une telle forme permet de provoquer un déplacement axial des éléments d'entretoise en éloignement 15 l'un de l'autre lors du passage du premier au deuxième état, afin de générer une précontrainte axiale dans les roulements. La face intérieure de chaque élément d'entretoise peut être crantée ou non. La face intérieure de chaque élément d'entretoise peut présenter un coefficient de frottement compris entre 0,05 et 0,6, de préférence entre 0,1 et 0,5, mieux entre 0,1 et 0,3. Le 20 coefficient de frottement est de préférence le plus fort possible. L'enjeu pour l'entretoise est d'avoir un angle d'hélicoïde suffisant pour permettre un débattement axial suffisant nécessaire au montage et au rattrapage de jeu et, paradoxalement, suffisamment petit pour supporter les efforts axiaux extérieurs sans bouger et minimiser la raideur des éléments élastiques. 25 Dans un mode de réalisation particulier, les deux éléments d'entretoise sont identiques. Ledit au moins un élément élastiquement déformable est par exemple un ressort, choisi dans le groupe constitué par les ressorts de compression, les ressorts de traction et les ressorts de torsion, de préférence un ressort à compression. Lorsque ledit au 30 moins un élément élastiquement déformable est un ressort de compression, le passage du premier état au deuxième état consiste en une détente au moins partielle du ressort, le premier état étant un état comprimé. 3042562 4 Le nombre d'éléments élastiquement déformables peut être supérieur à un, de préférence compris entre deux et huit, de préférence encore égal à quatre, les éléments étant de préférence répartis de manière régulière autour de l'axe de rotation entre les éléments d'entretoise. 5 Le réducteur comporte avantageusement une transmission, la transmission pouvant comprendre un engrenage, de préférence spiroconique, l'arbre portant avantageusement un pignon conique. L'engrenage peut être de tout autre type. Les roulements peuvent être à rouleaux coniques ou tout autre type de roulements. Les deux roulements peuvent consister en des roulements à rouleaux coniques 10 selon un montage dit en "X", respectivement un montage dit en "O", les bagues radialement intérieures et extérieures présentant alors une épaisseur croissant, respectivement décroissant axialement. Lorsque les roulements sont selon un montage en O, chaque élément d'entretoise est en appui uniquement avec la bague radialement extérieure du roulement associé. Lorsque le montage des roulements est un montage en X, 15 chaque élément d'entretoise est uniquement en appui contre la bague radialement intérieure du roulement associé. Le réducteur comporte avantageusement au moins un élément de blocage axial disposé contre chaque roulement de manière à empêcher tout déplacement axial dudit roulement en éloignement de l'autre roulement, chaque élément de blocage axial pouvant 20 comporter au moins un épaulement réalisé sur l'arbre, un écrou cranté et/ou un circlip ou être autre encore. L'invention a encore pour objet un procédé de montage d'un réducteur tel que défini plus haut, comportant les étapes suivantes : installer le système de pré-charge selon l'invention et les roulements autour 25 de l'arbre de manière à mettre ledit au moins un élément élastiquement déformable dans le premier état contraint, - bloquer axialement l'ensemble des roulements et du système de pré-charge, à l'aide d'éléments de blocage axial, de manière à faire passer ledit au moins un élément élastiquement déformable dans le deuxième état au moins partiellement détendu, 30 afin de générer une pré-charge dans les roulements. 3042562 5 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention et au vu du dessin annexé, sur lequel : - les figures 1 et 2, précédemment décrites, sont des coupes schématiques et 5 partielles de réducteur selon l'art antérieur, - la figure 3 est une vue en coupe schématique et partielle d'un exemple de réducteur conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective éclatée, schématique, du réducteur de la figure 3, 10 - la figure 5 représente isolément un élément d'entretoise, - la figure 6 représente partiellement le réducteur de la figure 3 lors de son montage, et - la figure 7 représente isolément le système de pré-charge. La figure 3 illustre un réducteur 10 de vitesse conforme à l'invention 15 comprenant un arbre 11 s'étendant selon un axe longitudinal X. Dans l'exemple illustré, l'arbre porte un pignon conique 13 à une extrémité et une roue d'engrenage cylindrique 15 à une autre extrémité, de manière connue en soi. Le réducteur 10 comporte encore des roulements 16 et 17 disposés autour de l'arbre 11. Chaque roulement 16 ou 17 comporte une bague radialement intérieure 18 et une bague radialement extérieure 19 ainsi que des 20 rouleaux 20 de type conique dans l'exemple illustré. Dans l'exemple de la figure 3, le montage des roulements est en « X » mais il pourrait être autre sans sortir du cadre de l'invention. Le réducteur 10 comporte des éléments de blocage axial 25 disposés contre chaque roulement 16 et 17 de manière à bloquer tout déplacement axial d'un roulement en 25 éloignement de l'autre roulement. L'élément de blocage axial 25 comporte dans cet exemple un circlip, mais il pourrait en être autrement sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, l'élément de blocage axial 25 pourrait consister en un écrou présent sur l'arbre. Pour maintenir la roue d'engrenage cylindrique 15, une rondelle plate 26 et une 30 vis 27 sont prévues, comme visible sur la figure 3. Pour maintenir la bague radialement intérieure du roulement 17, une rondelle à encoche 51 et un écrou à encoches 52 sont prévus comme visible dans la figure 3, mais ce dispositif peut aisément être remplacé par 3042562 6 une cale et un circlips. Dans l'exemple illustré, à proximité des éléments de blocage axial 25, sont prévues des cales d'appui 29 et cales d'ajustage 30, comme visible en particulier sur la figure 4. Dans l'espace entre les roulements 16 et 17, le réducteur 10 comporte deux 5 éléments d'entretoise 40, dans cet exemple identiques, disposés sensiblement symétriquement l'un par rapport à l'autre, chaque élément d'entretoise 40 étant en appui contre l'une des bagues du roulement qui lui est adjacent. Entre les éléments d'entretoise 40 sont intercalés des éléments élastiquement déformables 41, au nombre de quatre dans l'exemple illustré. Chaque élément d'entretoise 40 est en appui, dans cet exemple au 10 contact, uniquement avec la bague extérieure 19. Comme davantage visible sur les figures 5 à 7, chaque élément d'entretoise 40 comporte une face axialement extérieure ou face extérieure 45 et, à l'opposé, une face axialement intérieure ou face intérieure 46, en regard avec la face intérieure 46 de l'autre élément d'entretoise 40. La face extérieure 45 est en appui sur le roulement 16 ou 17 le 15 plus proche et sensiblement lisse dans l'exemple illustré. La face intérieure 46 de chaque élément d'entretoise 40 présente au moins un relief 49, notamment de forme hélicoïdale avec un logement 50 prévu pour chaque élément élastiquement déformable 41. Les éléments élastiquement déformables 41 sont aptes à occuper un premier état contraint. Dans le cas d'un élément élastiquement déformable 41 constitué par un 20 ressort de compression, comme illustré, le premier état correspond à un état comprimé du ressort. L'élément élastiquement déformable 41 est apte à occuper également un deuxième état, au moins partiellement détendu. Lors du passage du premier état au deuxième état, l'élément élastiquement déformable 41, du fait de la forme de la face intérieure 46 de chaque élément d'entretoise, exerce un effort tangentiel, lequel crée un déplacement 25 unidirectionnel en rotation de chaque élément d'entretoise 40 par rapport à l'autre. Cette rotation génère par effet de coin un déplacement axial des éléments d'entretoise 40 en éloignement l'un de l'autre et ainsi une pré-charge dans les roulements 16 et 17, en exerçant une contrainte sur la bague avec laquelle chaque élément d'entretoise 40 vient en appui. 30 L'invention n'est bien entendu pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. En particulier, une ou plusieurs pièce(s) intermédiaire(s) peu(ven)t être interposée(s) entre les deux éléments d'entretoise 40 sans sortir du cadre de l'invention. 3042562 7 De même, la précharge peut être générée grâce à des excentriques prévus entre les deux éléments d'entretoise 40, munis de ressorts de torsion afin de rattraper les jeux engendrés par l'usure. Le nombre et le type d'éléments élastiquement déformables 41 peut être 5 différent sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, l'élément élastiquement déformable 41 peut consister en un ressort de torsion ou un ressort de traction. La face intérieure 46 de chaque élément d'entretoise 40 peut être crantée. Les deux éléments d'entretoise 40 peuvent être identiques ou non. La forme intérieure 46 des éléments d'entretoise 40 peut être différente d'une 10 rampe hélicoïdale. REVENDICATIONS1. Réducteur (10) de vitesse comportant un arbre (11) s'étendant selon un axe longitudinal (X), deux roulements (16, 17) disposés autour de l'arbre (11), les deux roulements (16, 17) comportant chacun une bague radialement extérieure (19), une bague radialement intérieure (18) et des éléments de roulement (20) disposés entre les bagues radialement extérieure et intérieure (19, 18), caractérisé par le fait qu'il comporte un système de pré-charge positionné dans l'intervalle entre les deux roulements (16, 17), ce système de pré-charge comportant : - deux éléments d'entretoise (40) en appui chacun avec l'une des bagues (18 ; 19) des roulements (16, 17), au moins un élément élastiquement déformable (41) interposé entre les deux éléments d'entretoise (40), configuré pour pouvoir occuper un premier état précontraint et un deuxième état au moins partiellement détendu, le système de pré-charge étant agencé de telle sorte que le passage du premier état au deuxième état dudit au moins un élément élastiquement déformable (41) entraîne un déplacement unidirectionnel en rotation de chaque élément d'entretoise (40) par rapport à l'autre, de manière à générer par effet de coin une pré-charge dans les roulements (16, 17). 2. Réducteur selon la revendication 1, chaque élément d'entretoise (40) étant en appui uniquement avec la bague radialement extérieure (19) du roulement associé. 3. Réducteur selon la revendication 1, chaque élément d'entretoise (40) étant uniquement en appui contre la bague radialement intérieure (18) du roulement associé. 4. Réducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque élément d'entretoise (40) présentant une face extérieure (45) d'appui contre l'un des roulements et une face intérieure (46), opposée à la face extérieure, en contact avec ledit au moins un élément élastiquement déformable (41), la face intérieure (46) présentant au moins un logement (50) pour ledit élément élastiquement déformable (41) tel qu'il exerce, lors du passage du premier état au deuxième état, un effort tangentiel sur la face intérieure (46). 5. Réducteur selon la revendication 4, la face intérieure (46) étant au moins partiellement hélicoïdale, de forme sensiblement complémentaire à celle de l'autre élément 3042562 9 d'entretoise (40) hormis le logement (50) dudit au moins un élément élastiquement déformable (41). 6. Réducteur selon la revendication 4 ou 5, la face intérieure (46) de chaque élément d'entretoise (40) formant une surface lisse ou crantée. 5 7. Réducteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'au moins la face intérieure (46) de chaque élément d'entretoise (40) est réalisée dans un matériau tel que de l'acier et présente un coefficient de frottement compris entre 0,05 et 0,6, de préférence entre 0,1 et 0,3. 8. Réducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, les deux 10 éléments d'entretoise (40) étant identiques. 9. Réducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit au moins un élément élastiquement déformable (41) étant un ressort, choisi dans le groupe constitué par les ressorts de compression, les ressorts de traction et les ressorts de torsion. 10. Réducteur selon la revendication 9, ledit au moins un élément 15 élastiquement déformable (41) étant un ressort de compression. 11. Réducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, le nombre d'éléments élastiquement déformables (41) étant supérieur à un, de préférence compris entre deux et huit, de préférence encore égal à quatre, répartis, notamment de manière régulière, entre les éléments d'entretoise (40). 20 12. Réducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une transmission, la transmission comprenant un engrenage. 13. Réducteur selon la revendication 12, l'engrenage étant spiroconique, l'arbre portant un pignon conique. 14. Réducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, les deux 25 roulements (16, 17) consistant en des roulements coniques selon un montage dit en X, respectivement un montage dit en O, les bagues radialement intérieures et extérieures présentant une épaisseur croissant, respectivement décroissant axialement. 15. Réducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un élément de blocage axial (25) disposé contre chaque roulement de 30 manière à empêcher tout déplacement axial dudit roulement en éloignement de l'autre roulement, chaque élément de blocage axial (25) comportant au moins un épaulement 3042562 10 réalisé sur l'arbre, un écrou cranté et/ou un circlip ou autre type d'élément de blocage axial. 16. Procédé de montage d'un réducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, comportant les étapes suivantes : 5 - monter le système de pré-charge et les roulements (16, 17) autour de l'arbre (11) de manière à mettre ledit au moins un élément élastiquement deformable (41) dans le premier état contraint, - bloquer axialement l'ensemble des roulements (16, 17) et du système de pré-charge, à l'aide d'éléments de blocage axial (25), de manière à faire passer ledit au 10 moins un élément élastiquement déformable (41) dans le deuxième état au moins partiellement détendu, afin de générer une pré-charge dans les roulements (16, 17).