Procédé d'usinage d'organes d'engrenage conjugués, notamment pour machines dites à capsulisme La présente invention se rapporte à un procédé d'usinage d'organes d'engrenage conjugués, notamment pour machines dites à capsulisme , telles que mo teurs, pompes ou compresseurs, engrenages compre nant une couronne dentée intérieurement et un pi gnon excentré engrenant avec cette couronne et dont le nombre de dents est inférieur d'au moins une unité à celui de la couronne, les profils des deux dentures étant donc conjugués.
Dans les engrenages connus, le profil de chaque dent du pignon est généralement de la famille des cycloïdes, tandis que le profil de chaque dent de la couronne comprend une partie active, qui vient en contact avec les dents du pignon pour assurer le capsulisme et dont le profil est lui aussi de la famille des cycloïdes, et une partie passive, dont le profil est confondu ou extérieur à l'enveloppe des dents du pignon.
La réalisation de tels couples d'engrenages au moyen d'un outil de forme, ne permet pas d'obtenir une pièce parfaite.
On a réalisé des machines à engrenages conju gués dans lesquelles les dents de la couronne ont un profil en segment de cercle tandis que le profil des dents du pignon est une courbe parallèle à l'épicy cloïde décrite sur ce pignon par le centre dudit seg ment. Jusqu'à présent l'usinage de tels couples d'en grenages conjugués a été réalisé à l'aide d'outils de forme.
La présente invention a pour objet un procédé d'usinage d'organes d'engrenage conjugués, compre nant une couronne dentée intérieurement ayant n dents également espacées et de profil en segment de cercle dont les axes sont disposés sur un cercle com- mun et un pignon excentré par rapport à l'axe de ce cercle et ayant<I>m</I> dents,<I>m</I> étant au plus égal à (n- 1), et dont le profil de denture est une courbe parallèle à l'épicycloïde décrite sur ce pignon par le centre dudit segment et placée à une distance de cette épicycloïde égale au rayon dudit segment,
procédé caractérisé par le fait qu'il consiste à usiner le pignon par génération de son profil dans une ébauche à l'aide d'un outil cylindrique de diamètre de taillage égal à celui dudit segment, l'outil se déplaçant par rapport à l'ébauche de façon telle que si l'on suppose l'axe de l'ébauche et le centre dudit cercle commun comme étant fixes dans l'espace, le centre dudit seg ment se déplace sur ledit cercle commun, l'ébauche de pignon étant montée excentrée par rapport au centre de ce cercle d'une distance égale à l'excentra tion de la couronne et du pignon du couple d'engre nage,
la vitesse angulaire dudit déplacement de l'outil étant à la vitesse angulaire de la rotation de l'ébau che dans le rapport m/n, et par le fait qu'on usine la couronne dans une ébauche.
Le dessin représente, à titre d'exemples, des mises en aeuvre de l'invention. La fig. 1 représente, schématiquement, la généra tion du profil de denture d'un pignon, ce profil étant conjugué de celui d'une couronne à denture à profil en segment de cercle.
La fig. 2 représente schématiquement l'usinage d'un pignon, du genre de celui représenté à la fig. 1, par taillage à la fraise avec plateau diviseur à excen trique.
La fig. 3 est une vue analogue à celle de la fig. 2, le taillage étant effectué par fraise planétaire. La fig. 4 représente, en perspective, un montage d'usinage d'un pignon, du genre de celui illustré à la fig. 1, par broche planétaire.
La fig. 5 représente un couple, couronne dentée, pignon, dont la denture de la couronne est réalisée par des pièces cylindriques rapportées dans un carter.
La fig. 6 représente schématiquement l'usinage de la couronne dentée par taillage au moyen d'un pignon-outil spécial.
La fig. 1 représente la génération du profil du pignon à (h -1) dents, 7 dans l'exemple, dans le cas où la courbe génératrice de conjugaison des profils conjugués est un cercle générateur y centré en w sur un cercle directeur C lui-même centré sur le centre O du cercle primitif c de rayon r de la couronne à n dents, 8 dans l'exemple.
Soit Q le centre du cercle primitif I\ du pignon de rayon Q, et w celui du cercle générateur -y. La génération du profil de la denture de ce pignon peut être réalisée de trois, ma nières différentes: a) quand le cercle primitif I' roule sans glisser à l'intérieur du cercle primitif c qui reste fixe, le profil d de la denture du pignon est celui de la courbe tangente au cercle générateur y.
Dans ce mouvement le centre Q se déplace autour de O sur un cercle E de centre O et ayant pour rayon OQ. Quand le centre 62 se déplace sur le cercle E dans le sens de la flèche f, par exemple, le cercle primitif I\ se déplace à chaque tour en sens inverse d'un angle a = 2n/(n-1) ;
b) on obtient le même résultat quand le cercle primitif c roule sans glisser sur le cercle pri mitif I' ce dernier étant fixe. Dans ce cas, c'est le centre O qui se déplace sur le cercle de centre S2 ayant pour rayon OQ et le cercle primitif c avance, à chaque tour de son centre O, autour de S2 d'un angle (3 = 2x/n. Le cen tre w du cercle générateur y se déplace main tenant avec c et à la même vitesse angulaire ;
c) enfin, le profil du pignon peut être également généré en faisant tourner les cercles primitifs c et I' autour de leurs centres respectifs, le cercle I' roulant sans glisser à l'intérieur du cercle c. Le centre du cercle générateur y se déplace alors sur sa trajectoire C à la même vitesse angulaire que c.
Le profil de chaque dent du pignon ainsi obtenu qui vient en contact avec le segment de cercle du profil des dents de la couronne est constitué par une courbe parallèle à l'épicycloïde décrite sur ce pignon par le centre du cercle générateur ou centre dudit segment et définie par les, cercles primitifs de la cou ronne et du pignon et le rayon du cercle directeur ou cercle commun sur lequel sont disposés les cen tres des segments de cercles, la distance existant entre cette épicycloïde et cette courbe parallèle étant égale au rayon du cercle générateur ou rayon dudit seg ment.
Il est donc possible d'usiner le pignon par gé nération de ce profil ce qui permet d'obtenir la pré cision nécessaire à un fonctionnement correct de l'en grenage, le cercle générateur y étant matérialisé par un outil cylindrique de même diamètre. L'un des trois modes de fonctionnement examinés ci-dessus peut être produit sur la machine d'usinage entre l'outil et la pièce à tailler.
La fig. 2 montre un usinage, la génération étant réalisée comme exposé ci-dessus sous a). La pièce à tailler 1 est montée sur un plateau diviseur spécial à excentrique 2 de centre t2 monté par rapport à son axe de rotation O avec une excentration égale à O62 et qui lui donne le mouvement du pignon dans le mode de fonctionnement examiné en a). Le pla teau diviseur étant immobile, l'ensemble est déplacé suivant l'axe X Y vers la fraise 3 de diamètre égal au diamètre du cercle générateur y, jusqu'à ce que la distance Oco soit égale au rayon du cercle direc teur C.
Une fois immobilisé à la distance voulue, le plateau excentrique est mis en mouvement à la vitesse V dans le sens de la flèche F. Ainsi qu7in- diqué sous a), à chaque tour de l'excentrique 2, grâce au diviseur spécial, la pièce 1 qui tourne à la vitesse V/(n-1) dans le sens -F, inverse de la flèche F, se décale en sens inverse de cette flèche d'un angle correspondant à un pas circulaire complet. Il suffit donc de faire autant de tours d'excentrique qu'il y a de dents pour générer complètement le profil de la pièce 1.
Le plateau diviseur à excentrique comporte un train d'engrenages interchangeables qui permet d'ob tenir n'importe quel rapport de vitesse et n'importe quelle valeur d'excentration. Toutefois, afin de di minuer les erreurs d'usinage dues au jeu de fonc tionnement des engrenages, dans le cas d'usinage de série, il y a intérêt à construire un plateau diviseur pour une pièce déterminée en choisissant la com binaison qui comprend un nombre minimum d'en grenages.
Au<B>-</B>lieu de réaliser le taillage à l'aide d'une fraise, ainsi que représenté à la fig. 2, le taillage du pignon peut être exécuté sur une machiné, genre Maag (marque déposée), à tailler les engrenages avec plateau diviseur à excentrique, la fraise étant remplacée par une broche cylindrique fixée sur la tête porte-outil de la machine au lieu et place des outils-crémaillère qui l'équipent habituellement. La machine Maag comporte des boites de vitesse permettant d'obtenir un mouvement et une vitesse bien déterminés entre la tête porte-outil et le pla teau de la machine.
La fig. 3 montre un autre usinage, la génération étant réalisée comme exposé ci-dessus sous c). Dans ce cas, la fraise 13, matérialisant le cercle générateur y, est montée sur un bras 14 pivotant suivant Fi à la vitesse V autour du centre O en se déplaçant sur le cercle directeur C de rayon R. La pièce 11 à tailler tourne autour du centre Q suivant Fi à la vitesse V.n/(n-1). Cet usinage nécessite une fraiseuse équi pée d'un plateau rotatif dont la vitesse est réglable par rapport à celle de la tête entraînant le bras porte-fraise.
Suivant la fig. 4, la génération est réalisée comme exposé ci-dessus sous c), au moyen d'une machine genre Maag à tailler les engrenages avec broche planétaire. Le montage est analogue à celui illustré schématiquement à la fig. 3, la fraise 13 étant remplacée par une broche cylindrique 23 ayant un angle de coupe convenable et montée sur la tête 24 à tailler les couronnes à denture intérieure de la machine. La broche 23 se déplace alternativement, suivant la flèche F2 et en sens inverse, pour assurer le taillage de la pièce 21.
Un tel usinage a l'avantage d'utiliser une machine classique sans équipement spécial. Seul l'outil est d'un genre particulier mais. il ne pose pas de pro blème délicat. Toutefois, il est indispensable de dé grossir la pièce à un tracé approché avant taillage à la machine.
D'ailleurs, dans la pratique, bien que les schémas présentant les divers modes d'usinages représentent des taillages en partant de pièces cylindriques, un tracé approché d'ébauche sera fait à l'aide d'un ga barit et la pièce sera dégrossie au tracé. Cette ma nière d'opérer a l'avantage de régulariser l'épaisseur de métal à enlever et de n'employer l'outil cylindri que que pour la finition.
Dans les différents usinages illustrés aux fig. 2 à 4, il convient de faire les remarques suivantes 1 Pour exécuter plus rapidement la taille, on peut, dans tous les casa utiliser plusieurs frai ses ou plusieurs broches cylindriques, dispo sées sur un porte-outil comme les dents de la couronne ; toutefois, pour faciliter les dé buts de passe, on n'utilise qu'un nombre d'ou tils inférieur ou égal à la moitié du nombre de dents de la couronne.
2 Pour régler convenablement les passes dans les modes d'usinage illustrés aux fig. 3 et 4, le porte-outil est aménagé pour permettre de déplacer les fraises ou les broches sur le rayon.
Comme il est possible d'usiner avec précision le profil du pignon par l'une des manières a), b), c), ci-dessus, on peut utiliser un pignon ainsi usiné comme came directrice d'une machine à reproduire.
Pour terminer avec précision les pignons taillés selon l'une desdites manières et pour leur donner un état de surface de bonne qualité, les montages décrits sont alors équipés avec des meules de dimensions appropriées. En procédant à une rectification étagée, les écarts obtenus après finition sont dans les tolé rances normalisées.
La courbe de la denture de la couronne étant un cercle dans sa partie active, plusieurs mises en oeuvre du procédé sont possibles. C'est ainsi qu'à la fig. 5, la couronne comprend un carter 30 présentant des portions d'alésages 31 dans lesquelles sont rapportées des pièces cylindri ques 32, les courbes de raccordement 33 entre deux pièces cylindriques 32 successives ayant pour limite intérieure l'enveloppe du profil du pignon 34.
Dans le cas où le développement angulaire de l'arc de cercle générateur formant partie active de la denture de la couronne ne permet pas, une réalisa tion du genre de celle de la fig. 5, la couronne est usinée par taillage d'une pièce cylindrique 35 à l'aide d'un pignon-outil 36 comportant moins de dents que le pignon correspondant, en vue de permettre, comme bien connu dans la technique du taillage des cou ronnes, le dégagement du pignon-outil des fonds de denture de la couronne. Dans l'exemple représenté, ce pignon-outil comporte cinq dents pour usiner une couronne de sept dents. Le pignon-outil 36 est ob tenu par taillage, comme indiqué en regard des fig. 2à4.
Dans un couple d'organes d'engrenage conjugués du genre spécifié ci-dessus, la pièce définie est le pignon à (n -1) dents qui engrène avec une cou ronne à n dents intérieures.
Géométriquement parlant, les pignons à (n - 2), <I>(n - 3), ... [n - (n - 2)]</I> dents susceptibles d'engrener avec la couronne à n dents intérieures et dont les dentures dérivent de la courbe parallèle à une épi cycloïde, définie précédemment, forment une famille d'engrenages conjugués du fait que deux courbes con juguées d'une troisième sont conjuguées entre elles. Il en est de même pour chacun de ces pignons, et des couronnes possédant une dent intérieure de plus que le pignon correspondant. Ces ensembles de pi gnons et de couronnes dentées intérieurement forment une famille d'organes d'engrenage conjugués déri vant de cette courbe parallèle à une épicycloïde.
En vue de permettre la définition de tels organes d'engrenage à dentures intérieures ou extérieures ap partenant à cette famille de courbes conjuguées par engrènement et dérivant de cette courbe parallèle à une épicycloïde, on peut dans une variante, après avoir usiné un pignon à (n -1) dents comme décrit, établir une crémaillère-outil en partant de ce pignon.
On taille à partir de cette crémaillère-outil, d'une part, des pignons ayant un nombre de dents quel conque inférieur à (n- 1), d'autre part, des, pignons outils comportant plusieurs dents de moins par rap- port au pignon d'origine, ces pignons-outils. pouvant être utilisés pour usiner dans une ébauche, comme indiqué précédemment, des couronnes destinées à engrener avec ces pignons. et ayant une dent de plus que chacun d'eux, ou à coulisser sur ces pignons et ayant le même nombre de dents qu'eux.
La crémail lère-outil est utilisée comme toute crémaillère-outil servant au taillage de pignons.
Method of machining conjugate gear members, in particular for machines known as capsulism The present invention relates to a method of machining conjugate gear members, in particular for machines called capsulism, such as motors, pumps. or compressors, gears comprising an internally toothed crown and an eccentric pin meshing with this crown and the number of teeth of which is at least one unit less than that of the crown, the profiles of the two toothings therefore being combined.
In the known gears, the profile of each tooth of the pinion is generally of the cycloid family, while the profile of each tooth of the crown comprises an active part, which comes into contact with the teeth of the pinion to ensure the capsulism and of which the profile is also of the cycloid family, and a passive part, the profile of which coincides with or outside the envelope of the teeth of the pinion.
The production of such pairs of gears by means of a forming tool does not make it possible to obtain a perfect part.
Machines with conjugated gears have been produced in which the teeth of the crown have a profile in a segment of a circle while the profile of the teeth of the pinion is a curve parallel to the epicy cloid described on this pinion by the center of said segment. . Until now, the machining of such pairs of conjugate graining has been carried out using shaping tools.
The present invention relates to a method of machining conjugate gear members, comprising an internally toothed crown having n teeth equally spaced and in profile in a segment of a circle, the axes of which are arranged on a common circle and a pinion eccentric with respect to the axis of this circle and having <I> m </I> teeth, <I> m </I> being at most equal to (n- 1), and whose tooth profile is a curve parallel to the epicycloid described on this pinion by the center of said segment and placed at a distance from this epicycloid equal to the radius of said segment,
method characterized in that it consists in machining the pinion by generating its profile in a blank using a cylindrical tool with a cutting diameter equal to that of said segment, the tool moving relative to the blank in such a way that assuming the axis of the blank and the center of said common circle to be fixed in space, the center of said segment moves on said common circle, the pinion blank being mounted eccentric with respect to the center of this circle by a distance equal to the eccentra tion of the crown wheel and pinion of the gear torque,
the angular speed of said displacement of the tool being at the angular speed of the rotation of the blank in the m / n ratio, and by the fact that the crown is machined in a blank.
The drawing represents, by way of examples, implementations of the invention. Fig. 1 schematically represents the generation of the toothing profile of a pinion, this profile being combined with that of a ring gear with a profile in a segment of a circle.
Fig. 2 schematically shows the machining of a pinion, of the type shown in FIG. 1, by milling with an eccentric divider plate.
Fig. 3 is a view similar to that of FIG. 2, the cutting being carried out by planetary milling cutter. Fig. 4 shows, in perspective, an assembly for machining a pinion, of the type illustrated in FIG. 1, by planetary spindle.
Fig. 5 shows a pair, toothed ring gear, pinion, the toothing of the crown of which is produced by cylindrical parts inserted in a housing.
Fig. 6 schematically shows the machining of the ring gear by cutting using a special tool pinion.
Fig. 1 represents the generation of the profile of the pinion with (h -1) teeth, 7 in the example, in the case where the generator curve of conjugation of the conjugate profiles is a generator circle y centered in w on a directing circle C itself centered on the center O of the pitch circle c of radius r of the crown with n teeth, 8 in the example.
Let Q be the center of the pitch circle I \ of the pinion of radius Q, and w that of the generator circle -y. The profile of the teeth of this pinion can be generated in three different ways: a) when the pitch circle I 'rolls without slipping inside the pitch circle c which remains fixed, the profile d of the toothing of the pinion is that of the curve tangent to the generating circle y.
In this movement the center Q moves around O on a circle E with center O and having for radius OQ. When the center 62 moves on the circle E in the direction of the arrow f, for example, the pitch circle I \ moves in each turn in the opposite direction by an angle a = 2n / (n-1);
b) the same result is obtained when the pitch circle c rolls without slipping on the primary circle I ', the latter being fixed. In this case, it is the center O which moves on the circle with center S2 having for radius OQ and the pitch circle c advances, at each turn from its center O, around S2 by an angle (3 = 2x / n The center w of the generating circle y moves hand-in-hand with c and at the same angular speed;
c) finally, the profile of the pinion can also be generated by rotating the pitch circles c and I 'around their respective centers, the circle I' rolling without sliding inside the circle c. The center of the generating circle y then moves on its trajectory C at the same angular speed as c.
The profile of each tooth of the pinion thus obtained which comes into contact with the segment of the circle of the profile of the teeth of the crown is formed by a curve parallel to the epicycloid described on this pinion by the center of the generating circle or center of said segment and defined by the pitch circles of the crown and pinion and the radius of the directing circle or common circle on which the centers of the segments of circles are placed, the distance existing between this epicycloid and this parallel curve being equal to the radius of the circle generator or radius of said segment.
It is therefore possible to machine the pinion by generating this profile, which makes it possible to obtain the precision necessary for correct operation of the gearing, the generator circle being materialized there by a cylindrical tool of the same diameter. Any of the three modes of operation discussed above can be produced on the machining machine between the tool and the workpiece.
Fig. 2 shows machining, the generation being carried out as described above under a). The workpiece 1 is mounted on a special eccentric 2 divider plate with center t2 mounted with respect to its axis of rotation O with an eccentricity equal to O62 and which gives it the movement of the pinion in the operating mode examined in a) . The divider plate being stationary, the assembly is moved along the X Y axis towards the cutter 3 with a diameter equal to the diameter of the generator circle y, until the distance Oco is equal to the radius of the direction circle C.
Once immobilized at the desired distance, the eccentric plate is set in motion at speed V in the direction of arrow F. As indicated under a), on each revolution of eccentric 2, thanks to the special divider, the part 1 which rotates at speed V / (n-1) in the direction -F, opposite to the arrow F, shifts in the opposite direction to this arrow by an angle corresponding to a complete circular step. It is therefore sufficient to make as many eccentric turns as there are teeth to completely generate the profile of part 1.
The eccentric divider plate has an interchangeable gear train that allows any gear ratio and any amount of eccentricity to be obtained. However, in order to reduce the machining errors due to the backlash of the gears, in the case of series machining, it is advantageous to construct a divider plate for a given part by choosing the combination which includes a minimum number of graining.
Instead of carrying out cutting using a milling cutter, as shown in fig. 2, the pinion cutting can be performed on a machine, such as Maag (registered trademark), to cut gears with an eccentric divider plate, the cutter being replaced by a cylindrical spindle fixed on the tool head of the machine instead and places the rack tools that usually equip it. The Maag machine has gearboxes allowing to obtain a definite movement and speed between the tool head and the machine plate.
Fig. 3 shows another machining, the generation being carried out as described above under c). In this case, the cutter 13, materializing the generator circle y, is mounted on a pivoting arm 14 along Fi at speed V around the center O while moving on the director circle C of radius R. The part 11 to be cut turns around from the following center Q Fi at the speed Vn / (n-1). This machining requires a milling machine equipped with a rotary table whose speed is adjustable with respect to that of the head driving the milling arm.
According to fig. 4, the generation is carried out as described above under c), by means of a Maag type machine for cutting gears with a planetary spindle. The assembly is similar to that illustrated schematically in FIG. 3, the cutter 13 being replaced by a cylindrical spindle 23 having a suitable cutting angle and mounted on the head 24 for cutting the internal toothed crowns of the machine. The spindle 23 moves alternately, following the arrow F2 and in the opposite direction, to ensure the cutting of the part 21.
Such machining has the advantage of using a conventional machine without special equipment. Only the tool is of a special kind but. it does not pose a delicate problem. However, it is essential to de-magnify the part to an approximate path before machine cutting.
Moreover, in practice, although the diagrams showing the various machining modes represent cuts starting from cylindrical parts, an approximate rough outline will be made using a barit and the part will be roughened. to the plot. This method of operation has the advantage of regulating the thickness of the metal to be removed and of using the cylindrical tool only for finishing.
In the different machining operations illustrated in fig. 2 to 4, the following remarks should be made 1 To carry out the size more quickly, it is possible, in all cases, to use several mills or several cylindrical spindles, arranged on a tool holder like the teeth of the crown; however, to facilitate passing dice, only a number of tools less than or equal to half the number of teeth of the crown is used.
2 To properly adjust the passes in the machining modes shown in fig. 3 and 4, the tool holder is arranged to allow the cutters or the spindles to be moved on the spoke.
Since it is possible to machine the pinion profile with precision in one of the above ways a), b), c), a pinion thus machined can be used as a guide cam of a reproducing machine.
In order to finish the pinions cut in one of the said ways with precision and to give them a good quality surface finish, the assemblies described are then fitted with grinding wheels of appropriate dimensions. By carrying out a stepped rectification, the deviations obtained after finishing are within the standard tolerances.
The curve of the toothing of the crown being a circle in its active part, several implementations of the method are possible. This is how in fig. 5, the ring gear comprises a casing 30 having portions of bores 31 in which cylindrical parts 32 are attached, the connecting curves 33 between two successive cylindrical parts 32 having as internal limit the envelope of the profile of the pinion 34.
In the case where the angular development of the generating circular arc forming an active part of the toothing of the crown does not allow an embodiment of the type of that of FIG. 5, the crown is machined by cutting a cylindrical part 35 using a tool pinion 36 having fewer teeth than the corresponding pinion, in order to allow, as well known in the technique of cutting crowns , the release of the pinion tool from the toothed teeth of the crown wheel. In the example shown, this tool pinion has five teeth for machining a crown of seven teeth. The tool pinion 36 is obtained by cutting, as indicated with regard to FIGS. 2 to 4.
In a pair of mating gear members of the kind specified above, the part defined is the pinion with (n -1) teeth which meshes with a crown with n internal teeth.
Geometrically speaking, the pinions with (n - 2), <I> (n - 3), ... [n - (n - 2)] </I> teeth capable of meshing with the crown with n internal teeth and the teeth of which derive from the curve parallel to a cycloid spike, defined previously, form a family of conjugate gears due to the fact that two curves con judged from a third are conjugated to each other. It is the same for each of these pinions, and crowns having one internal tooth more than the corresponding pinion. These sets of pin gnons and internally toothed rings form a family of mating gear members deriving from this curve parallel to an epicycloid.
In order to allow the definition of such gear members with internal or external teeth belonging to this family of curves conjugated by meshing and deriving from this curve parallel to an epicycloid, it is possible in a variant, after having machined a pinion to ( n -1) teeth as described, establish a rack-tool starting from this pinion.
We cut from this rack-tool, on the one hand, pinions having a number of teeth which is less than (n- 1), on the other hand, tool pinions comprising several teeth less than to the original pinion, these tool pinions. which can be used to machine in a blank, as indicated above, crowns intended to mesh with these pinions. and having one tooth more than each of them, or to slide on these sprockets and having the same number of teeth as them.
The first-tool rack is used as any rack-tool for cutting pinions.