Brevet FR3085733A1 — publié le 20200313

La présente invention concerne un engrenage du type roue et vis sans fin globique permettant l'assistance continue en rotation par poussée axiale sur la vis sans fin. Tous les engrenages connus du type roue et vis sans fin comportent une roue à denture généralement hélicoïdale présentant un profil proche de la développante de cercle engrenant avec une vis sans fin à un ou plusieurs filets eux-mêmes hélicoïdaux et présentant un profil proche du trapèze. Pour tous ces engrenages, quel que soit le profil de denture de la roue et de la vis sans fin, l'angle d'inclinaison de l'hélice du filet de la vis sans fin conduit à ce que le plan d'action de l'engrènement soit oblique au plan axial de ladite vis sans fin et par conséquent toute poussée axiale sur la vis sans fin provoque sur ladite vis sans fin un couple de réaction opposé au couple moteur L'engrenage suivant l'invention est remarquable en ce que la roue est à denture droite et que le plan d'action de l'engrènement est situé dans le plan radial d'engrènement de la roue commun au plan axial de la vis sans fin, par conséquent, une poussée axiale sur la vis sans fin induit un couple sur la roue dans le même sens que celui produit par le couple moteur mais la réaction dirigée sur l'axe de la vis sans fin ne provoque pas de couple de réaction sur ladite vis sans fin. La poussée axiale sur la vis sans fin crée donc sur la roue un couple statique tendant à équilibrer le couple résistant présent sur ladite roue. Le couple moteur se trouvera donc assisté par le couple produit par la poussée sur la vis sans fin, car il ne devra fournir que la différence entre le couple résistant et le couple d'assistance ramenés sur son axe, plus les pertes de frottement. Cette manière d'assister en rotation le couple roue et vis sans fin constitue le principal intérêt de l'invention en diminuant l'énergie consommée. Pour l'engrenage suivant l'invention, le profil du flanc actif des dents de la roue et celui du filet de la vis sans fin correspondent au segment terminal d'une 3o spirale d'Archimède inscrite dans le cercle correspondant au diamètreextérieur de la roue, le pôle de la spirale étant confondu avec l'axe de la roue. 2 La longueur du segment de spirale est comprise dans l'angle cp obtenu par la division du cercle deux pi (21r) correspondant au diamètre extérieur de la roue.par le nombre de dents de la roue. Les dents de la roue auront le flanc actif convexe et le filet de la vis sans 5 fin aura le flanc actif concave. Les dessins annexés illustrent une des formes de réalisation de l'invention: La figure 1 montre l'engrenage (1) comprenant la vis sans fin (3) en prise avec la roue (2) La figure 2 montre pour l'engrenage (1) selon l'invention, les contacts 10 linéaires de la roue (2) avec la vis sans fin (3) La figure 3 montre pour l'engrenage selon l'invention, la façon de déterminer l'odontoïde (12) du profil de denture par la spirale d'Archimède (11) centrée sur la roue (2) et développée sur deux pi (2 Tr). La figure 4 montre pour l'engrenage selon l'invention, un procédé de 15 génération de la vis sans fin avec un outil de forme rotatif. La figure 5 montre pour l'engrenage selon l'invention, une chaîne cinématique possible pour une machine de taillage de la vis sans fin. La figure 6 montre, un exemple en coupe longitudinale de machine industrielle utilisant l'engrenage objet de l'invention. 20 La figure 7 montre une coupe transversale de la machine de la figure 6 En référence à ces dessins, la figure 1 montre l'engrenage (1) comprenant la vis sans fin (3) dont le flanc actif concave (4)(5) du filet (6) est en contact avec le flanc actif convexe (4)(5) des dents (7) de la roue (2) à denture droite 25 La section rabattue (a - a) montre la position (26) des lignes de contact (4)(5) dans le plan radial de la roue (2) commun au plan axial de la vis sans fin (3) La figure 1 montre aussi le couple moteur (C1) sur la vis sans fin (3) créant le couple (C2) sur la roue (2) d'axe (8) et la poussée (F1) dans l'axe (20) de la 30 vis sans fin (3) créant le couple d'assistance (C3) sur ladite roue (2) La force (F1), doit être limitée de façon à produire sur la roue (2) un couple 3 (C3) dont la valeur peut approcher la valeur du couple résistant présent sur ladite roue (2) sans le dépasser. Cette condition est nécessaire pour que ce couple (C3) ne provoque pas à lui seul la rotation de la roue (2) afin de ne pas rompre l'équilibre statique du 5 système. La figure 1 montre enfin le couple (C4) somme de C2+C3 La figure 2 montre le contact linéaire (4-5) de la roue (2) avec la vis sans fin (3) situé dans le plan axial de ladite vis sans fin (3) La figure 3 montre la façon de déterminer l'odontoïde (12) du profil de la 10 denture par une spirale d'Archimède (11) centrée sur la roue (2) d'axe (8) et développée sur deux pi (2 u), limitée au diamètre extérieur (9) de ladite roue. L'angle (p) est l'angle qui correspond à la division du cercle deux pi (2 rr) par le nombre de dents de la roue (2). Les extrémités de la spirale délimitée par l'angle (w).sont les points (13) 15 et (14) situés respectivement sur le cercle de tête (9) et le cercle de pied (10) de la roue (2) La figure 4 montre une façon de réaliser le filet asymétrique de la vis sans fin (3) avec un outil de forme, rotatif (18). Pour l'usinage du filet de la vis sans fin (3), l'axe (20) de l'ébauche de la 20 vis sera distant de l'axe de la roue fictive de la valeur (e) correspondant à l'entraxe réel du couple roue et vis sans fin. La partie active de l'outil (18) aura le profil du segment de spirale (12) défini suivant la figure 3 et correspond au profil exact d'une dent (7) de la roue (2) représentée sur la figure1. 25 La partie active (12) de l'outil (18) animé de sa vitesse de coupe autour de son axe (19) se déplace le long d'un arc de cercle centré sur l'axe (8) d'une roue fictive comme le ferait la dent (7) de la roue réelle (2). L'ébauche de la vis sans fin (3) doit tourner autour de son axe (20) en synchronisme avec la rotation de l'outil autour de l'axe (8) et dans le rapport 30 de vitesse correspondant au rapport de réduction du mécanisme La figure 5 montre un exemple de chaîne cinématique pour machine à usiner une vis sans fin suivant l'invention avec la liaison des mouvements entre 4 l'axe (8) de la roue et l'axe (20) de la vis sans fin entraînée par un moteur (M). Le moteur qui entraîne l'ébauche de la vis sans fin entraîne aussi tout l'équipage autour de l'axe (8) dans le rapport de réduction de l'engrenage. Il est évident que d'autres solutions existent notamment avec des moteurs à 5 commande numérique. Le couple roue et vis sans fin suivant l'invention assemblé dans un carter constitue un réducteur de vitesse à un seul sens de rotation utile imposé par l'asymétrie du profil de denture. Un agencement adéquat, typiquement un vérin, ajouté au réducteur 10 permet d'appliquer une poussée axiale sur la vis sans fin pour transformer le mécanisme de réducteur classique en réducteur avec assistance du couple moteur. Un exemple de réalisation d'un tel dispositif est montré dans la description qui suit. 15 Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après à titre indicatif et nullement limitatif en se référant aux dessins annexés. En référence à la figure 6, il est montré une application industrielle où la roue (2) et la vis sans fin (3) sont assemblées dans un carter (21) pour constituer un réducteur de vitesse avec assistance du couple moteur. 20 La vis sans fin (3) en rotation autour de son axe (20). Reçoit une poussée fournie par un vérin qui exerce la force nécessaire pour assister la rotation de la roue (2). En référence à la figure 7, il est montré pour cette même application la possibilité d'entraîner un organe ou une machine (25) matérialisant un couple 25 résistant tel qu'une génératrice d'électricité, un compresseur, une pompe, ou une transmission mécanique que l'on pourrait utiliser sur la plus part des véhicules automobiles. Pour une vitesse de rotation déterminée, la diminution du couple moteur est surtout intéressante pour réduire la puissance utilisée donc la dépense énergétique. Des capteurs et une chaîne d'asservissement peuvent être nécessaires pour contrôler l'assistance en rotation en fonction du couple résistant. 5 Il est évident que la présente description n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui ne constitue seulement qu'un exemple auquel de nombreuses modifications peuvent être apportées sans qu'on s'écarte de la présente invention notamment en ce qui concerne le nombre de 5 dents de la roue, le nombre de filets de la vis, le sens de rotation qui détermine le sens de l'hélice du filet de la vis sans fin et la longueur du segment de la spirale utilisé, ladite spirale pouvant être développée selon un multiple ou sous multiple de pi (Tr). Il faut également considérer que plus les frottements de la vis sans fin 10 avec la roue seront faibles et plus l'avantage de l'assistance sera important, REVENDICATIONS1) Engrenage (1) du type roue et vis sans fin globique caractérisé en ce que le profil de la denture est un segment (12) de spirale d'Archimède (11) 2) Engrenage (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le segment de spirale correspond au segment terminal (12) d'une spirale d'Archimède dont le pôle est sur l'axe de la roue et qui est limitée par le diamètre extérieur de ladite roue. 3) Engrenage (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que la longueur du segment de spirale pour chaque dent de la roue est comprise dans l'angle ç obtenu par la division du cercle deux pi (2 Tr) par le nombre de dents de ladite roue. 4) Engrenage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le profil du flanc actif des dents (7) de la roue (2) correspond au segment convexe (4) (5) de la spirale d'Archimède (11). 5) Engrenage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes 15 caractérisé en ce que le profil du flanc actif du filet (6) de la vis sans fin (3) correspond au segment concave (4) (5) de la spirale d'Archimède (11) complémentaire au segment convexe (4) (5) de la roue (2). 6) Engrenage (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le contact linéaire (4-5) de la roue (2) avec la vis sans fin (3) est situé dans le plan axial de 20 ladite vis sans fin (3)