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" MACHINE A TAILLER LES ROUES D'ENGRENAGES, ROUES CONIQUES A
DENTURE SPECIALE, ET OUTILS POUR LEUR TAILLAGE ", ayant fait l'objet des brevets français des 3 AOUT 1926, 13 AVRIL 1927 et 5 NOVEMBRE 1926, au nom de M. Georges VEBER, et dont
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M ./COUTAK3? est l'ayant-droit'. la présente invention a pour premier objet une ma- chine à tailler les roues d'engrenages.
Cette machine est caractérisée par l'utilisation de fraises sur la périphérie desquelles des parties lisses alternent avec des parties den-
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tées, et dont la rotation est commandée de manière qu'une partie lisse et la partie dentée consécutive défilent devant la pièce à travailler pendant que celle-ci tourne des an- gles qui correspondent respectivement à une dent et à un creux de la roue à établir.
Une telle machine est apte à tailler aussi bien les roues d'angle, à dents rectilignes ou courbes, que les roues droites, et cela avec une égale rapidité et la même simplici- té de manoeuvre.
L'invention a encore pour objet plus particulier des roues coniques, dont la denture est telle qu'on peut les tailler à partir d'ébauches animées d'un mouvement de rota- tion continu, fonction de celui d'une fraise qui, suivant l'invention, et conformément, à ce qui a déjà été indiqué, se trouve pourvue, sur une partie seulement de son pourtour, de dents rangées suivant un arc d'hélice et qui avancent parallèlement au fond des creux de la denture.
Suivant l'invention, les profils de la dent à tail- ler, aux divers points de sa. longueur, sont constitués par des arcs sensiblement superposables d'une même développante; ce résultat est obtenu en faisant varier en conséquence l'an- gle de pression de l'une des extrémités à l'autre des dents,
Les arêtes des dents ne convergent plus, mais l'en- grènement reste cependant correct, pourvu que la môme varia- tion de l'angle de pression existe dans les deux roues conju- guées. Une roue conique peut, en effet, être considérée comme formée par l'assemblage d'une infinité de disques coniques, de diamètres décroissants, emboîtés l'un dans l'autre, et dentés sur leurs bords.
Il suffit que les dents de chacun de ces disques élémentaires puissent engrener avec celles du disque correspondant sur la roue conjuguée, pour que l'engrènement des roues soit satisfaisant,
Une roue possédant une denture du genre défini ci- dessus, peut être taillée au moyen d'une fraise d'un profil
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uniforme, qui est celui de la plus grande section de la denture à tailler.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple seu- lement, une des formes d'exécution de la machine, et des schémas et épures relatifs à la fabrication de la roue conique.
La figure 1 est une vue en élévation, à grande échelle, de la. fraise taillant une roue conique.
La figure 2 est une vue de côté correspondante.
La figure 3 est une vue de face, partielle, de la machine.
La figure 4 est une vue de détail de celle-ci, Les figures 5 à 8 montrent comment on peut obte- nir diverses formes de dents.
La figure 9 est une élévation schématique d'une machine à plusieurs fraises,
Les figures 10 et 11 montrent la façon de tail- ler les dents en chevrons ou en flèches.
La figure 12 est un schéma du mécanisme de trans- mission de mouvement dans la machine de la figure 3.
La figure 13 montre comment varie le profil le long d'une dent taillée à la manière ordinaire.
La figure 14 est une coupe axiale, schématique, d'un couple de rouesconiques.
Les figures 15,16 et 17 sont des épures montrant comment sont tracées les dents des toues suivant l'invention.
La figure 18 montre que le profil des dites dents reste pratiquement identique sur toute leur longueur.
La figure 19 est une coupe de la fraise par un plan axial.
La figure 20 montre la fraise de face, et la figure 21 la montre de coté.
Dans l'exemple d'exécution de la machine représen- tée au dessin, la fraise 1 (figures 1 et 2) est dentée seu- lement sur la moitié de sa périphérie, Les dents 2 sont rangées suivant un arc d'hélice dont le pas est égal à celui
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de la denture de la roue à obtenir si cette roue est droite ou au pas inférieur de cette roue, si elle est conique.
Dans l'un et l'autre cas, l'axe qui porte la fraise est incliné sur le plan tangent à la pièce au point d'attaque, d'un angle égal à l'inclinaison de la tangente au filet, afin que toutes les dents attaquent la pièce normalement. L'avance de la fraise se fait parallèlement au fond des dent s.
L'arbre 3 de la fraise (figure 3) est porté par un chariot 4, susceptible de coulisser le long d'une glissiè- re 5, qu'on peut orienter à volonté dans le plan vertical, selon la forme de la roue a à tailler. Cette-ci est montée sur un axe vertical 6, commandé de manière à ce que la roue tourne d'un angle correspondant à une dent et à un creux de la roue, pendant que la fraise tourne d'un tour.
Le mécanisme de transmission de mouvement utilisé à cet effet peut être celui que montre schématiquement la figure 12.
L'arbre moteur 7 entraîne, par couple conique, un arbre intermédiaire vertical 8, qui attaque par roue droi- te un arbre vertical 9 sur lequel est monté, à clavette longue, un pignon d'angle 10. Ce pignon commande l'axe 3 de la fraise 1 par l'intermédiaire du renvoi 11 et des deux couples coniques 12 et 17, qui permettent l'orienta- tion en tous sens. Sur l'arbre 9 est, d'autre part, calé un pignon 13 qui entraîne l'arbre porte-pièce 6 par l'in- termédiaire d'un harnais 14 dont on peut changer les roues suivant le besoin, et d'une vis sans fin 15.
Toutes les dents de la fraise viennent successive- ment attaquer la pièce et tailler une certaine longueur du creux de la dent, après quoi c'est la partie lisse de la fraise qui se présente devant la pièce et laisse passer sans attaque une fraction de la roue, qui correspond au plein de la dent.
Après un tour complet de la pièce, la fraise ayant subi une certaine avance, sa première dent revient attaquer la
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pièce en un point du tracé voulu pour la dent, et ainsi de suite, jusqu'à façonnage complet. la figure 3 montre la machine disposée pour le taillage d'un pignon conique du type ordinaire, Dans ce cas, l'avance de la fraise se fait dans un plan qui passe par l'axe de la roue, Pour pouvoir tailler aussi sur la machine des engrenages hyperboloïdes il suffit d'être à même de dé- placer le plan de taille de la fraise pour qu'il ne passe plus par l'axe de la roue a à tailler.
A cet effet, on déplace simplement le plateau circulaire, au centre duquel se dresse l'arbre porte-pièce (figure 6). L'arbre porte-fraise 3 est monté sur un chariot secondaire 16, monté lui-même à glissiè- re sur le chariot 4, de manière à être capable de/coulisser perpendiculairement à ce chariot (figure 4). la commande de la fraise est assurée, pour toutes les positions du chariot 16, par un couple de pignons 17 - 17a (déjà mentionné) dont l'un, 17, qui entraîne l'arbre 3 par olavetage allongé, est lui-même immobilisé dans le sens longitudinal de cet arbre.
Les glissières du chariot 16 sont supportées par une plaque 18 qui peut pivoter autour de l'axe du pignon de commande 17a. La pivotement est, par exemple, obtenu au moyen d'une vissans fin 19,
En provoquant le mouvement d'avance de la fraise par rotation du chariot 16, on obtient des dents à tracés courbes (taille Gleason ou hypold) (figures 7 et 8).
En combinant un mouvement de translation du chariot 16 avec un mouvement de rotation de son support, on peut ob- tenir des dents dont le tracé longitudinal est en développante de cercle ou en spirales de diverses formes.
On remarquera que, lorsque la fraise-vis représentée est utilisée pour tailler les engrenages d'angle, elle taille d'autant plus large qu'elle avance davantage le long de la dent, d'abord paroe qu'elle taille plus profondément, mais surtout parce que la vitesse circonférencielle de la pièce au
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point d'attaque croit en même temps que le diamètre de la pièce. La fraise peut donc tailler les flancs des dents de manière à ce qu'ils convergent au sommet du cône primitif.
De plus, le déplacement relatif de l'engrenage qu'on taille par rapport à la fraise, améliore le profil en dévelop- pante de cercle, par un effet de génération, sur toute la lon- gueur de la dent.
D'ailleurs, en ce qui concerne les engrenages coni- ques, il n'est pas strictement nécessaire d'avoir recours à une fraise-vis. On pourrait utiliser, dans oe cas, une fraise mince ayant des dents situées dans un même plan,
Pour tailler des roues de grand diamètre avec rapi- dité, on peut les attaquer en plusieurs points de leur périphé- rie (figure 9) par des fraises suivant l'invention, montées sur des supports orientables, tels que 20.
En montant deux fraises suivant l'invention sur le même arbre (figures 10 - 11), on peut arriver à tailler des en- grenages ayant des dents en forme de chevron ou de flèche, sui- vant que l'arbre porte-fraise est animé d'un. mouvement de trans- lation ou d'un mouvement de rotation; cette taille est effec- tuée en une seule opération. Les deux parties diversement inclinées des dentures sont alors à séparer par une rainure circulaire 21.
La machine peut être encore rendue plus apte au tail- lage des engrenages hélicoïdaux, moyennant l'adjonction d'une fraise-vis supplémentaire 22, du type ordinaire.
Cette fraise-vis est montée sur un arbre 23, dis- posé sur le chariot 4:, transversalement à la direotion d'a- vancement de ce chariot. L'arbre 23 est supporté par une plaque 24 qu'on peut faire tourner par rapport au chariot 4.
Ce dernier étant orienté de façon à ce que son avancement se fasse suivant l'inclinaison des dents à tailler, on incline l'arbre 23 de façon à ce que le filet taillant de la frai- se-vis se trouve dans la direotion de l'avance.
Quand la machine est pourvue du dispositif qui
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vient d'être décrit, elle permet de tailler tous les genres de Boues, soit droites, avec denture ordinaire ou hélicoïdale, soit coniques, avec denture rectiligne ou courbe (Gleason, hypoîd, en développante de cercle ou en spirales, en chevron ou en flèche), soit des roues hyperbolotdes.
Elle permet, en particulier, de tailler des roues coniques, à denture spéciale, conformes à l'invention, telles qu'elles ont été décrites dans la préambule du présent mémoire.
Ces toues font l'objet de la description qui suit, faite en référença aux figures 13 à 21 du dessin.
Dans une roue conique ordinaire, où les flancs des dents convergent (figure 13), toutes les coupes exécutées transversalement aux dents donnent des sections semblables, dont les dimensions vont en diminuant. Les deux bords cour- bes de ces sections sont toujours deux arcs de développante de cercle, Le rayon du cercle développé qui les a engendrés varie proportionnellement au rayon du cercle primitif de la denture à la section considérée, et l'angle de pression (14 30') reste le même tout le long de la dent.
On conçoit qu'un pareil flanc, formé d'une succes- sion de courbes semblables, mais de dimensions différentes, ne puisse être taillé par une seule fraise, quelque complexe que soit son profil. La figure 13, qui représente trois coupes faites dans une dent à angle de pression constant, montre l'impossibilité de ce taillage.
Suivant la présente invention, l'angle de pression ne reste pas constant, mais varie d'une façon continue le long de la dent, Les profils des sections successives ne sont plus semblables entre eux, mais sensiblement superposables.
Une telle forme de dents conserve un bon engrènement, tout en simplifiant énormément le taillage.
L'engrènement des dentures ainsi obtenues est théo- riquement parfait. En effet, un engrenage conique peut être considéré comme formé par l'assemblage d'une infinité de dis- ques coniques de diamètres décroissants, emboîtés les uns dans
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les autres et dentés sur leur bord (figure 14). Il suffit que les dents de chaque disque élémentaire 25,26, 27, puissent engrener avec celles du disque correspondant de la roue conjuguée 25', 26', 27', pour que l'engrènement des roues soit satisfaisant. Ce résultat est obtenu pi la varia- tion progressive de l'angle de pression est la même pour les deux roues en contact.
La grande simplification du taillage provient du fait qu'une denture à angle de pression variable peut être taillée au moyen d'une fraise de profil uniforme, En effet, soit (figures 15, 16, 17) trois sections faites dans une dent d'engrenage conique, aux deux extrémi- tés et au milieu. les rayons R, R', R" des cercles primi- tifs 28, 29,36 diminuent dans la même proportion que les rayonsdes cercles de pieds et tête des dents. Si l'on donne aux angles de pression des valeurs différentes : a - a' - an, les rayons des cercles à développer r, r' , r" ne seront plus dans un même rapport avec R, R', R"; les développantes d, d', d", construites avec les cercles de rayon r, r', r" ne seront plus semblables.
Si l'on superpose ces trois dé- veloppantes (figure 18) en faisant coïncider, non les origines, mais les points 0 où les développantes coupent les cercles primitifs, on voit que, pour des angles de pression a - a' - a", convenablement gradués (ici : 22 - 21 - 20 ),on ar- rive à obtenir une coïncidence presque absolue, de l'ordre du centième de millimètre, sur une longueur égale ou supérieure à la hauteur de la dent.
La première développante a correspond au grand module de la dent; elle se confond avec la seconde dévelop- pante a' (tracée au module moyen) sur une longueur h-n, hau- teur de la dent à cet endroit, et, avec la troisième dévelop- pante a" (correspondant au petit module) sur toute la hauteur de la dent au petit module.
On peut donc considérer la développante a comme
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donnant le profil très exact de la dent sur toute sa lon- gueur, en admettant que l'angle de pression a varié cons- tamment.
En pratique, cet angle varie de 18 à 25 , suivant la longueur relative de la dent. Comme la roue conjuguée est taillée par la même méthode, à chaque point de contact des roues, se'trouvent deux développantes tracées avec le même angle de pression et le roulement est parfait.
Sur la machine, l'ébauche à tailler tourne conti- nuellement avec une vitesse v ; la fraise tourne à la vi- tesse V telle que V = n x v , n étant le nombre des dents de la roue à tailler. les flancs de la fraise ont pour profil une dévelop- pante de cercle figure 19), tracée avec un angle de pression de 22 dans l'exemple ci-dessus.
La fraise n'est dentée que sur un angle A (figures 20 et 20 bis) et ses dents sont rangées sur un arbre d'hélice de pas p.
Les dents de la fraise s'enfoncent de plus en plus dans l'ébauche au fur et à mesure que l'avancement se pour- suit. L'épaisseur d'une dent de la fraise (figure 19) au niveau des cercles primitifs, au petit, au moyen et au grand modules est respectivement e-e'-e". Les dents de la fraise taillent des creux de largeur 1 - 1' - 1 ", sur ces divers cercles primitifs.
Ces largeurs sont égales à celles des dents de la fraise au niveau du cercle primitif considéré, augmentée du déplacement circulaire de l'engrenage pendant le passage des dents de la fraise et diminuée du déplacement de ces dents pendant le même temps, du fait de leur disposition sur un arc d'hélice.
On a donc, pour les sections extrêmes de la denture, les deux équations suivantes :
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dans lesquelles : e - e" sont les largeurs des dents de la fraise à la hauteur... des deux cercles primitifs considérés. v, A', v", A' sont les déplacements circulaires de l'engre- nage pendant la.taille d'une dent, ces déplacements sont égaux à la circonférence primitive multipliée par A et di- visée par 3 60. p.A' représente le déplacement latéral des dents de la fraise pendant la taille; il est égal à p. le pas de la fraise, multiplié par A et divisé par 360.
1 et 1" sont les largeurs que doivent avoir les dents oreusées sur les deux cercles primitifs considérés.
En résolvant ces deux équations, on trouve p le pas de la fraise et A l'angle denté de la fraise,
Au milieu de la longueur de la dent, la large@r et de la fraise au niveau du cercle primitif correspondant, le déplacement circulaire v' .A' de l'ébauche pendant la taille, le pas p de la fraise, son angle denté et la lar- geur du creux taillé en ce point, sont liés par l'équation : et + v' .A' - p. A' = l' (figure 15).
Si l'on porte dans cette équation les valeurs de p et de A tirées des équations 1 et 2, ces valeurs véri- fient l'équation 3 avec une approximation très grande, plus que suffisante dans la pratique.
Par exemple, pour une fraise taillant une roue de 42 dents, avec un module maximum de 3, aux modules 3-2, 5 et 2, on a les valeurs suivantes pour e : 3,10 mm, 3,63 mm, 4,14 mm, ce qui, avec les déplacements relatifs, correspond à des largeurs de taillage de 3,14 mm, 3,92 mm, 3,71 mm.
L'angle A est de 60 , le pas p, de 6 mm.
Les largeurs e sont d'ailleurs à rectifier, car, pendant la taille, la fraise dont l'axe reste en réa- lité fixe, semble osciller de droite à gauche par rapport aux dents qui exécutent une rotation. On corrige cet effet
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en faisant pivoter le profil de la fraise, autour de son origine, à l'extrémité de la dent, d'un angle égal à 360 ,
2n n étant le nombre de dents de la toua à tailler. Ce pivote- ment à lieu dans le sens de la diminution de la largeur de la dent. la denture suivant l'invention peut aussi être taillée sur des machines ordinaires, aveo un oouteau de pro- fil approprié.
Le mouvement de oe couteau le long des gé- nératrices du cône à denter n'est plus alors accompagné que d'une simple rotation de l'ébauche, au lieu des déplacements complexes usuels.
Il est à mentionner que l'invention s'étend à tous moyens permettant de tailler des roues coniques de telle manière que le profil de la denture, en divers points, soit constitués par des arcs de développante superposables, avec angles de pression variables ; enparticulier, on peut utiliser des fraises qui, au lieu de comporter une partie lisse, comportent des parties de pas différent. En général, le mode de taillage peut être quelconque.
REVENDICATIONS.