Brevet FR3131612A1 — publié le 20230707

L’invention concerne une roue dentée (10) d’axe (X), ladite roue dentée comportant une bande d’engrènement (1), reliée par un voile 3 à un moyeu 5, caractérisée en ce que ladite roue dentée comporte au moins un relief (33) venu de matière avec le voile (3) et/ou la bande d’engrènement (1). L’invention concerne également un ensemble d’engrenage comportant une telle roue dentée ainsi qu’un procédé de fabrication d’une roue dentée. Figure pour l’abrégé : Fig. 1b Roue dentée - Ensemble comportant une telle roue dentée Procédé de fabrication Le domaine de la présente invention est celui de la transmission pour les engins de mobilité en particulier les engins de mobilité comportant un moteur électrique et au moins une roue. La présente invention s’intéresse en particulier aux véhicules automobiles. De tels engins de mobilité comportent de façon connue un réducteur avec plusieurs roues dentées. Il est également connu que ce réducteur est générateur de bruit, en particulier à la fréquence de résonnance. Il est connu que la fréquence de résonance des roues dentées est une caractéristique essentielle pour la bruyance des transmissions pour engin de mobilité électrique. Les roues dentées doivent être suffisamment raides pour ne pas avoir à fonctionner à la résonance. Il existe un besoin pour trouver un compromis entre la masse du réducteur et la raideur des roues dentées. Les vibrations générées lors de l’utilisation du réducteur peuvent provoquer une déformation des roues dentée à certaines fréquences. Les roues dentées comporte classiquement un voile pour relier une denture à un moyeu de fixation de la roue sur l’arbre. Ces déformations dépendent de la géométrie de la denture et de la position du voile par rapport au moyeu. Il existe un besoin pour améliorer la géométrie de la roue dentée et ainsi anticiper le risque de déformation. Pour répondre à tout ou partie de ces besoins, l’invention selon un premier aspect a pour objet une roue dentée destinée à être montée sur un arbre, ladite roue dentée comportant une bande d’engrènement, reliée par un voile à un moyeu, ladite roue dentée étant caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un relief s’étendant dans la direction de son axe et venu de matière avec le voile et/ou la bande d’engrènement. Le relief selon l’invention s’étend notamment d’une part autour de l’axe de la roue, d’autre part axialement. Avantageusement selon l’invention le relief s’étend dans la direction de l’axe de la roue ce qui permet au relief d’avoir une certaine flexibilité par rapport au voile. Le relief, aux différentes fréquences d’utilisation de la roue dentée, peut ainsi vibrer ou être déformé indépendamment des effets vibratoires sur la bande d’engrènement ou le voile. De préférence le relief, le voile et la bande d’engrènement sont monoblocs et venus de matière simultanément par exemple par forgeage, pressage ou moulage. Selon les modes de réalisation, la roue dentée selon l’invention peut présenter de façon alternative ou complémentaire une des caractéristiques suivantes : le au moins un relief est relié à un coté du voile, le au moins un relief est relié à une périphérie intérieure de la bande d’engrènement la roue dentée comporte un seul relief présentant notamment une forme annulaire, fermée ou non. Le relief peut être cylindrique ou non. Un relief non cylindrique comporte par exemple plusieurs arcs de cercle se coupant de façon discontinue ou plusieurs parties rectilignes. la roue dentée comporte plusieurs reliefs, de préférence un nombre impair de reliefs, notamment trois, cinq ou sept reliefs. Ceux–ci sont par exemple angulairement répartis de façon régulière autour de l’axe de la roue. la roue dentée comporte au moins une zone de liaison entre le relief et le voile ou entre le relief et la bande d’engrènement, notamment un nombre impair de zone de liaison. La roue dentée peut comporter plusieurs zones de liaison angulairement répartis de façon irrégulière autour de l’axe de la roue. Le plus grand écart angulaire entre deux zones de liaison successives est par exemple au moins deux fois plus grand, voire plus de trois fois supérieur au plus petit écart angulaire entre deux zones de liaison successives. L’écart angulaire entre deux zones de liaison successives est notamment compris entre 10° et 200, voire entre 20° et 180°, en particulier entre 25° et 150°. Dans une variante les zones de liaison sont angulairement répartis régulièrement autour de l’axe. la roue dentée comporte au moins une gorge délimitée en partie par le relief. La gorge est par exemple située entre le relief et le voile. Dans une variante, la gorge est intérieure au voile. La gorge peut être continue ou non. Dans une variante où la gorge est discontinue, elle peut comporter plusieurs portions, par exemple chacune située entre deux zones de liaison successives. La roue dentée peut comporter une première gorge située à une périphérie intérieure de la bande d’engrènement. La première gorge est par exemple délimitée par la bande d’engrènement et le relief de la roue dentée. La roue dentée peut comporter une deuxième gorge située dans le voile. La deuxième gorge peut être traversante ou non. le au moins un relief présente en coupe un profil variable autour de l’axe de la roue. Le relief peut présenter une section transversale variable autour de l’axe de la roue. En particulier, la hauteur selon l’axe de la roue d’une section radiale du relief varie selon la position angulaire de ladite section par rapport à l’axe de la roue. en coupe radiale le relief peut présenter une forme polygonale, rectangulaire, oblongue ou une forme en « i », en « h » ou en « u ». la roue dentée comporte un élément amortissant entre le relief et le voile, la roue dentée comporte un élément amortissant entre le relief et la bande d'engrènement. le relief a une fréquence de résonance qui lui est propre. La fréquence de résonance de ce relief peut ainsi être choisie de manière adéquate en fonction de la fréquence de résonance du voile et/ou de la fréquence de résonance de la bande d’engrènement pour en diminuer les effets vibratoires. la roue dentée présente une raideur globale, elle comporte au moins un élément poutre de raideur locale distincte de ladite raideur globale. Au moins un élément poutre peut former le au moins un relief. le voile est plein le voile comporte au moins une ouverture, par exemple entre une et dix ouvertures, par exemple six, sept, huit ou neuf. la denture est droite la denture est hélicoïdale Selon un autre de ses aspects, l’invention a pour objet un ensemble d’engrenage comportant une roue dentée telle que précédemment décrite et un arbre solidaire en rotation avec la roue dentée. L’arbre est par exemple l’arbre d’un moteur électrique destiné à équiper un engin de mobilité. L’engin de mobilité peut être un véhicule automobile en particulier à propulsion électrique ou hybride. Ce peut être un véhicule industriel ou de chantier. L’engin de mobilité peut être un engin autonome ou non. Ce peut être un engin de mobilité dite légère à une ou plusieurs roues tel un vélo à assistance électrique ou un tricycle . Selon un mode de réalisation de l’ensemble d’engrenage la roue dentée et l’arbre sont monobloc. Autrement dit ils sont venus de matière notamment par pressage, forgeage ou moulage. Dans un autre mode de réalisation la roue dentée est emmanchée à force sur l’arbre. Selon encore un autre de ses aspects, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une roue dentée pour engin de mobilité comportant une étape de fabrication d’une ébauche, ladite ébauche comportant une bande d’engrènement, reliée par un voile à un moyeu et au moins un relief venu de matière avec le voile et/ou la bande d’engrènement. L’ébauche est par exemple réalisée par forgeage, moulage ou pressage, frittage, impression 3D ou tout autre méthode connue de l’homme du métier. Le procédé de fabrication peut comporter une étape de suppression de matière par usinage notamment par tournage, fraisage, perçage, rectification, afin de créer une gorge dans l’ébauche. Le procédé selon l’invention peut ainsi dégager au moins un élément poutre de la roue dentée. Par un « élément poutre » on entend ici une partie de l’ébauche de raideur locale distincte la raideur globale de l’ébauche. Au moins un élément poutre peut former le au moins un relief de la roue dentée. Le procédé de fabrication peut comporter une étape préalable de détermination de la fréquence de résonance du relief. Celle-ci se mesure par exemple en le fixant sur un support de raideur infinie. La fréquence de résonance de ce relief peut ainsi être choisie de manière adéquate en fonction de la fréquence de résonance du voile et de la bande d’engrènement pour en diminuer les effets vibratoires. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - les figures 1a et 1b sont des vues isométriques et en coupe d’un premier mode de réalisation d’une roue dentée selon l’invention, - la représente une ébauche utilisé dans un procédé selon l’invention pour la fabrication de la roue dentée des figures 1a et 1b, - la est une vue en coupe illustrant une étape de procédé selon l’invention à partir de l’ébauche de la , - la est une vue similaire à la pour une variante du premier mode de réalisation d’une roue dentée selon l’invention, - les figures 2a à 2c correspondent aux figures 1a à 1c pour un deuxième mode de réalisation d’une roue dentée selon l’invention, - les figures 2d à 2h sont des vues en coupe illustrant une étape de procédé selon l’invention à partir de l’ébauche de la , - les figures 2i à 2k illustrent deux variantes du deuxième mode de réalisation d’une roue dentée selon l’invention, - les figures 3a et 3b sont des vues isométrique et en coupe d’un troisième mode de réalisation d’une roue dentée selon l’invention, - les figures 4a à 4c illustrent en coupe le relief d’une roue dentée selon différentes variantes de l’invention - la illustre une autre variante de d’une roue dentée selon l’invention et - la représente un ensemble d’engrenage selon le deuxième aspect de l’invention. Sur les figures, les éléments communs à plusieurs modes de réalisation conservent la même référence. La roue dentée 10 d’axe X illustrée figures 1a et 1b comporte une bande d’engrènement 1 reliée par un voile 3 à un moyeu 5 et un relief 33 s’étendant dans la direction de l’axe X de la roue dentée. Le relief 33 présente ici une forme annulaire fermée d’axe X. Il est relié à une périphérie intérieure 13 de la bande d’engrènement 1 par trois zones de liaison 330 angulairement répartis régulièrement autour de l’axe X. Dans l’exemple illustré, deux zones de liaison 330 sont ainsi séparées par un angle α de 120°. La roue dentée 10 comporte une première gorge 70 située à une périphérie intérieure de la bande d’engrènement 1. La première gorge 70 est délimitée par la bande d’engrènement 1 et le relief 33. La première gorge 70 est discontinue, elle comporte trois portions chacune située entre deux zones de liaison 330. La roue dentée 10 comporte en outre une deuxième gorge 80 entre le relief 33 et le voile 3. La deuxième gorge 80 est continue. Dans l’exemple illustré les zones de liaison 330 de la roue dentée 10 relient la bande d’engrènement 1, le voile 3 et le relief 33. Dans une variante non illustrée les zones de liaison 330 de la roue dentée 10 sont séparées du voile par la deuxième gorge 80. La bande d’engrènement 1 comporte une denture 11, sur la périphérie extérieure de la roue dentée. La roue dentée 10 présente une raideur globale, elle comporte un élément poutre de raideur locale distincte de ladite raideur globale. L’élément poutre forme le relief 33. Dans les autres modes de réalisation représentés une même référence est utilisé pour des éléments analogues. Les éléments de description déjà expliqués ne sont pas repris systématiquement, seules les particularités des différents exemples sont détaillées. La mise en œuvre d’un procédé selon l’invention comporte une étape de fabrication d’une ébauche 10’ d’axe X telle qu’illustrée en coupe sur la . L’ébauche 10’ d’une roue dentée comporte une bande d’engrènement 1 reliée par un voile 3 à un moyeu 5 et un relief 33’ de forme annulaire venu de matière avec le voile et la bande d’engrènement. Le relief 33’ s’étend à partir du voile 3 dans la direction de l’axe X. Le relief 33’ est en outre relié à une périphérie intérieure 13 de la bande d’engrènement 1 par trois zones de liaison 330’ angulairement répartis régulièrement autour de l’axe (X). Les zones de liaison 330’ de l’ébauche 10’ relient la bande d’engrènement 1, le voile 3 et le relief 33’. Pour fabriquer la roue dentée des figures 1a et 1b par un procédé selon l’invention on fabrique une ébauche 10’ représentée en coupe isométrique sur la . L’ébauche 10’ comporte une première gorge 70 située à une périphérie intérieure de la bande d’engrènement 1. La première gorge 70 est délimitée par la bande d’engrènement 1 et le relief 33’. La première gorge 70 est ici discontinue, elle comporte trois portions chacune située entre deux zones de liaison 330’. A partir de l’ébauche 10’, une étape de tournage permet par suppression de matière illustrée par les flèches de la , de créer une deuxième gorge 80 dans l’ébauche et ainsi d’obtenir la roue dentée 10. La deuxième gorge 80 est continue. La suppression de matière de l’ébauche 10’ crée la deuxième gorge 80 et ainsi dégager un élément poutre formant le relief 33 de la roue dentée 10. La roue dentée 10 représentée sur la comporte cinq zones de liaison 330. Celles-ci ne sont pas réparties régulièrement autour de l’axe X. Le plus petit écart angulaire entre deux zones de liaison successives est dans l’exemple illustré égal à 30°. Le plus grand écart angulaire entre deux zones de liaison successives, égale à 100°, lui est plus de trois fois supérieur. Deux zones de liaison 330 successives sont ici séparées par un angle α de 30°, respectivement de 90°, 100°, 80° et 60°. Dans l’exemple de réalisation illustré en coupe isométrique , la roue dentée 10 comporte un relief 33 s’étendant dans la direction de l’axe X et venu de matière avec le voile 3 et la bande d’engrènement 1. Le relief 33 est relié à un coté du voile 3. Sur ce même côté du voile 3, la roue dentée 10 comporte deux premières gorges 70, circulaires et continues. Une des premières gorges 70 est située à une périphérie intérieure 13 de la bande d’engrènement 1, elle est délimitée par la bande d’engrènement 1 et le relief 33. L’autre première gorge 70 est située entre le relief 33 et le moyeu 5. La roue dentée 10 comporte en outre une deuxième gorge 80 située dans le voile 3. La deuxième gorge 80 est discontinue comme le montre la . Elle comporte trois portions chacune située entre deux zones de liaison 330. Dans l’exemple illustré la deuxième gorge 80 traverse le voile 3 et le relief 33. Le relief 33 est relié au voile au niveau de trois zones de liaison 330 de la roue dentée 10. L’ébauche 10’ d’axe X illustrée en coupe sur la correspond à une étape d’un procédé selon l’invention. L’ébauche 10’ comporte une bande d’engrènement 1 reliée par un voile 3 à un moyeu 5 et un relief 33’ de forme annulaire venu de matière avec le voile et la bande d’engrènement. Le relief 33’ s’étend à partir du voile 3 dans la direction de l’axe X. L’ébauche 10’ comporte une première gorge 70 située à une périphérie intérieure de la bande d’engrènement 1. La première gorge 70 est ici continue. Elle est délimitée par la bande d’engrènement 1 et le relief 33’. A partir de l’ébauche 10’, une étape de suppression de matière illustrée permet de créer une deuxième gorge 80 dans l’ébauche. Cette étape est par exemple réalisée par tournage ou par usinage. Les flèches de la illustrent la création d’une deuxième gorge 80 ouverte radialement vers l’axe X de la roue dentée. A partir de l’ébauche 10’ de la différentes variantes d’étape de suppression de matière de procédé de fabrication selon l’invention sont illustrées par des flèches sur les figures 2e à 2h. Dans l’exemple de la , la deuxième gorge 80 ainsi créée dans l’ébauche est ouverte radialement vers la bande d’engrènement de la roue dentée. Alternativement, l’étape illustrée sur la correspond à la création dans le relief 33’ de l’ébauche 10’ de deux deuxièmes gorges 80, respectivement ouvertes radialement vers la bande d’engrènement de la roue dentée et vers l’axe X. Les flèches de la illustrent la suppression de matière dans le voile 3 par usinage pour obtenir la roue dentée des figures 2a et 2b. Dans cet exemple, la deuxième gorge 80 traverse le voile 3 et le relief 33. Le relief 33 est relié au voile au niveau de trois zones de liaison 330 de la roue dentée 10. Dans une variante correspondant à une étape de suppression de matière illustrée , la roue dentée 10 obtenue comporte deux premières gorges 70, annulaires, circulaires et continues. Une des premières gorges 70 est située à une périphérie intérieure 13 de la bande d’engrènement 1, elle est délimitée par la bande d’engrènement 1 et le relief 33. L’autre première gorge 70 est située entre le relief 33 et le moyeu 5. La roue dentée 10 obtenue comporte également une deuxième gorge 80 annulaire et continue à l’intérieur du voile 3. La roue dentée 10 est illustrée en coupe isométrique à la . La montre une variante du deuxième mode de réalisation d’une roue dentée 10. Dans cette variante le relief 33 présente une forme fermée formée de trois arcs de cercle 331 se coupant au niveau des trois zones de fixation 330. La roue dentée 10 comporte une première gorge 70 continue délimitée par la bande d’engrènement 1 et le relief 33. La roue dentée 10 comporte en outre une deuxième gorge 80 discontinue visible sur la . Dans une autre variante non illustrée, correspondant au premier mode de réalisation, le relief présente également une forme fermée comportant plusieurs parties en forme d’arc de cercle. Le relief est relié à une périphérie intérieure de la bande d’engrènement par des zones de liaison, en particulier en nombre impair. Les zones de liaison sont par exemple situées au milieu des portions en arcs de cercle. Dans différentes variantes les zones de liaison sont situées à l’intersection de deux parties en arc de cercle. Dans les exemples précédents, la roue dentée comporte un seul relief présentant une forme annulaire fermée, le relief étant cylindrique ou non. Dans une variante non illustrée la roue dentée comporte un seul relief présentant une forme annulaire ouverte. Les figures 3a et 3b illustrent une roue dentée 10 d’axe X qui comporte une bande d’engrènement 1 reliée par un voile 3 à un moyeu 5 et trois reliefs 33 s’étendant dans la direction de l’axe X de la roue dentée. Les reliefs 33 sont ici au nombre de 3 répartis régulièrement autour de l’axe X, autrement dit deux reliefs sont séparés par un angle α de 120°. L’invention n’est pas limitée à un profil particulier du relief 33. En coupe radiale le relief 33 peut présenter une forme polygonale, rectangulaire, oblongue. Les figures 4a à 4c illustrent en coupe un profil en « i », en « h », en « u » selon différentes variantes de relief 33 d’une roue dentée 10. La illustre une roue dentée 10 comportant un relief 33 s’étendant autour de l’axe X et axialement d’une hauteur h. Le relief 33 présente ici une section transversale variable autour de l’axe X. La hauteur h selon l’axe X d’une section du relief 33 varie selon la position angulaire de ladite section par rapport à l’axe X. L’ensemble d’engrenage 100 de la comporte une roue dentée 10 et un arbre 20, solidaires en rotation. La roue dentée 10 est ici emmanchée à force sur l’arbre 20. Selon un autre mode de réalisation non illustré, la roue dentée et l’arbre sont monoblocs. L’arbre 20 ici est supporté par un premier et un deuxième roulements 31 et 32. La roue dentée 10 comporte un relief 33 s’étendant autour de l’axe X ainsi que dans la direction de l’axe X. Le relief 33 est venu de matière avec le voile 3 et la bande d’engrènement 1. L’exemple illustré montre également un carter 50 de l’ensemble d’engrenage. Les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Dans les exemples illustrés la denture est hélicoïdale, dans d’autres mises en œuvre de l’invention la denture est droite. Roue dentée (10) d’axe (X), ladite roue dentée comportant une bande d’engrènement (1), reliée par un voile 3 à un moyeu 5, caractérisée en ce que ladite roue dentée comporte au moins un relief (33) s’étendant dans la direction de l’axe (X) et venu de matière avec le voile (3) et/ou la bande d’engrènement (1). Roue dentée selon la revendication 1, le au moins un relief (33) étant relié à un coté du voile (3). Roue dentée selon l’une des revendications 1 ou 2, le au moins un relief (33) étant relié à une périphérie intérieure (13) de la bande d’engrènement (1). Roue dentée selon l’une des revendications 1 à 3, comportant un seul relief (33) présentant notamment une forme annulaire, fermée ou non, d’axe (X). Roue dentée selon l’une des revendications 4 ou 5, comportant au moins une zone de liaison (330) entre le relief (33) et le voile (3) ou entre le relief (33) et la bande d’engrènement (1), notamment un nombre impair de zone de liaison. Roue dentée selon la revendication précédente comportant plusieurs zones de liaison (330) angulairement répartis de façon irrégulière autour de l’axe (X). Roue dentée selon l’une des revendications 1 à 3, comportant plusieurs reliefs (33), notamment en nombre impair, par exemple angulairement répartis régulièrement autour de l’axe (X). Roue dentée selon l’une des revendications précédentes, comportant au moins une gorge (70, 80) délimitée en partie par le relief (33). Roue dentée (10) selon l’une des revendications précédentes, le au moins un relief présentant en coupe un profil variable autour de l’axe (X). Roue dentée (10) selon l’une des revendications précédentes, une section du relief (33) présentant une forme polygonale, rectangulaire, oblongue, en I, en H ou en U. Ensemble d’engrenage comportant une roue dentée (10) selon l’une des revendications précédentes, et un arbre (20) solidaire en rotation avec la roue dentée, la roue dentée (10) et l’arbre (20) étant en particulier monoblocs. Procédé de fabrication d’une roue dentée pour engin de mobilité comportant une étape de fabrication d’une ébauche (10’), ladite ébauche comportant une bande d’engrènement (1’), reliée par un voile 3 à un moyeu 5’, et au moins un relief (33’) venu de matière avec le voile (3’) et/ou la bande d’engrènement (1’). Procédé de fabrication selon la revendication précédente comportant une étape de suppression de matière afin de créer une gorge (80) dans l’ébauche.