FR2510696A1 - Dispositif a engrenages adaptable a tout rapport de transmission - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DESTINE A MODIFIER LE RAPPORT DES DEPLACEMENTS D'UN ELEMENT MENANT ET D'UN ELEMENT MENE. IL COMPORTE UN PIGNON 11 DE DIAMETRE RELATIVEMENT FAIBLE, ENGRENANT PARTIELLEMENT AVEC UN ELEMENT MENE POUVANT SE PRESENTER SOUS LA FORME D'UNE CREMAILLERE 20. LE PAS DES ENCOCHES 31 DU PIGNON 11 EST DIFFERENT DU PAS DE LA CREMAILLERE 20 OU DU PAS D'UNE ROUE DENTEE DE PLUS GRAND DIAMETRE AVEC LAQUELLE CE PIGNON ENGRENE. CETTE DIFFERENCE DE PAS EST COMPENSEE PAR LE FAIT QUE LES ENCOCHES 31 DU PIGNON 11 SONT ARRONDIES ET PAR LE FAIT EGALEMENT QUE LA CREMAILLERE 20 ENTRE EN PRISE AVEC LE PIGNON 11 AU MOYEN DE ROULEAUX 22. DOMAINE D'APPLICATION : REDUCTEURS A ENGRENAGE A RAPPORT ELEVE.

Description

L'invention concerne les mécanismes à engrenages

et plus particulièrement des mécanismes à engrenages réa-

lisant des rapports d'engrenage élevés en un seul étage.

L'utilisation d'engrenages pour modifier la vitesse angulaire suivant un rapport souhaité est connue dans le passé Dans la plupart des cas, la configuration typique des engrenages impose des géométries de dents qui ne se prêtent pas, d'elles-mêmes, commodément à des rapports ou changements d'engrenages élevés Ai:si, par exemple, un rapport d'engrenage d'environ 60 à l a été obtenu le plus fréquemment au moyen de plusieur étages d'engrenages d'une certaine portée intermédiaire qui, multipliés, donnent

le rapport souhaité Etant donné que chaque étage d'engre-

nages introduit à la fois une perte de rendement et un accroissement des coûts de fabrication et d'entretien, la multiplication inutile des engrenages a fait l'objet

de recherches importantes Récemment, on a utilisé des mé-

canismes à engrenages à nombre de dents impair pour l'obten-

tion de rapports élevés en un seul étage L'inconvénient de ces engrenages est que l'accroissement de rapport qui peut être obtenu dépend des pas d'accroissement entiers liés au nombre de dents utilisables dans l'engrenage Ainsi, les engrenages à nombre de dents impair de ce type, bien que tout à fait acceptables dans des applications o un rapport d'engrenage particulier est établi lors de la conception de l'étage d'engrenages, ne se prêtent pas de même à une modification appropriée dans le cas o l'on souhaite des rapports d'engrenages différents Pour réaliser les économies à présent imposées par le marché, il est donc nécessaire

de trouver des techniques par lesquelles d'importants chan-

gements des rapports d'engrenages peuvent être obtenus de façon peu coûteuse et sans l'engagement indispensable d'outillages. L'invention a donc pour objet un dispositif à engrenage qui, par des inégalités de pas, peut s'adapter à tout rapport d'engrenage souhaité L'invention a également pour objet un réducteur à engrenage comportant deux éléments dentés de diamètres différents, agencés avec des pas différents afin de constituer l'engrenage différentiel souhaité L'invention a également pour objet un réducteur à engrenage qui parvient au rapport d'engrenage demandé

par l'utilisation de diverses sélections de pas.

A cet effet, conformément à l'invention, une roue dentée, ayant un pas circulaire choisi entre ses pièces ou dents menantes, peut être mise en prise avec soit

une crémaillère, soit une roue dentée de plus grand dia-

mètre équipée de pièces menées engrenant avec les dents.

La différence de pas entre la pièce menante et la pièce menée située sur la crémaillère ou la roue dentée établit le rapport d'engrenage nécessaire, et tout rapport approprié peut être obtenu à l'aide de cette différence En variante, ce même principe d'engrenage peut être utilisé de façon

avantageuse dans un engrenage planétaire ou à satellites.

Les pièces menantes et menées peuvent être des dents qui sont en prise avec des rouleaux ou des aimants à couplage magnétique Que la prise soit réalisée au moyen de rouleaux et de dents ou par les forces coercitives développées entre

les aimants permanents, elle est relativement sans frotte-

ment, ce qui permet d'obtenir des rendements relativement

élevés et de réduire ou d'éliminer totalement l'usure.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue de face d'un ensemble

à crémaillère et pignon illustrant le principe de l'inven-

tion;

la figure 2 est une vue de face, avec arrache-

ment partiel, d'un engrenage planétaire utilisant le principe utilisé sur la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2;

la figure 4 est une vue de face, avec arrache-

ment partiel, d'un autre dispositif planétaire associé à des roues dentées; la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4;

la figure 6 est une vue de face, avec arrache-

ment partiel, d'une autre forme de réalisation de dispositif planétaire;

la figure 7 est une vue de face, avec arrache-

ment partiel, d'un dispositif à engrenage à couplage magné- tique selon l'invention; la figure 8 est une vue de face partielle d'un détail d'un agencement à dents magnétiques utilisé dans le dispositif de la figure 7; la figure 9 est une vue partielle d'un détail d'une variante d'un engrenage à prise magnétique; la figure 10 est une coupe partielle suivant la ligne 10-10 de la figure 7;

la figure 11 est une vue de face, avec arra-

chement partiel, d'un engrenage planétaire à couplage magnétique selon l'invention; et la figure 12 est une coupe suivant la ligne

12-12 de la figure 11.

Comme montré sur la figure 1, le principe de l'invention est illustré de la meilleure manière au moyen d'un ensemble à crémaillère et pignon, indiqué globalement par la référence numérique 10 et comprenant un pignon 11 monté sur un palier 12 qui, lui-même, est monté sur un arbre 13 faisant saillie orthogonalement de gorges 15 dans lesquelles il peut coulisser Les gorges 15 sont

réalisées à l'intérieur d'un profilé 16 aligné transversa-

lement et disposé parallèlement à une crémaillère 20 Les gorges 15 permettent à l'arbre 13 de se déplacer le long

d'elles, mais lui interdisent tout mouvement vertical.

La crémaillère 20 comporte plusieurs colonnettes 21 orien-

tées orthogonalement, espacées à égale distance les unes des autres le long de son axe longitudinal et déployées

pour entrer en prise avec la périphérie du pignon 11.

Chaque colonnette 21 supporte, sur sa surface extérieure,

un galet d'appui 22 ou autre élément extérieur de pro-

tection réduisant le frottement, et cet élément extérieur de protection élimine presque en totalité le frottement de contact Le pignon 11 présente, à sa périphérie, plusieurs encoches 31 séparées les unes des autres par des dents

correspondantes 32 Les encoches 31 ont une forme leur per-

mettant de recevoir les galets 22, les dents 32 faisant saillie entre les galets et étant alignées de manière à pénétrer dans les espaces compris entre les galets d'appui. Pour assurer un contact de roulement encore meilleur,

chaque évidement formé entre deux dents 32 présente sensi-

blement la forme d'un arc de cercle reliant les deux surfaces droites délimitant les dents Il apparaît que les dents 32, les évidements ou les arcs formés entre elles sont espacés d'un pas circulaire prédéterminé indiqué dans ce cas par l'arc de pas P La dimension de l'arc de pas P par rapport à l'entraxe des colonnettes 21, à savoir la distance indiquée dans ce cas en T, établit le rapport

d'engrenage réalisé par ce dispositif.

Plus particulièrement, si le pas P augmenté de la dimension du pas sur le rapport d'engrenage souhaité est égal à l'entraxe T, aucune réduction de mouvement n'a lieu L'arbre 13 se déplace vers le droite ou vers la gauche en ne transmettant aucun mouvement à la crémaillère A présent, si l'on donne à l'entraxe-des colonnettes 21 une valeur égale à T + * 100 P étant égal à T, un déplacement de l'arbre 13 vers la droite sur un centimètre provoque un déplacement de la crémaillère 20 vers la gauche sur un centième de centimètre, ce qui établit donc un rapport de 100:1 du mouvement relatif Inversement, si l'on donne à l'entraxe des colonnettes 21 la valeur T T ' un mouvement de l'arbre 13 vers la droite provoque un déplacement de la crémaillère 20 vers la droite sur un centième de centimètre Le mouvement est provoqué par

l'action de came des galets 22 le long des parois des gor-

ges ou entailles 31 Ainsi, la différence entre le mouve-

ment de l'arbre 13 dans la gorge 15 et le mouvement de la crémaillère 20 est égale à l'inverse de la différence entre le pas circulaire P et l'entraxe T. Le principe ci-dessus peut être utilisé de façon avantageuse dans un engrenage planétaire tel que montré sur les figures 2 et 3 En particulier, comme représenté sur ces figures, un arbre d'entrée 51 est fixé par une extrémité à un plateau mené 52 qui présente, en plan, une forme sensiblement triangulaire, l'arbre d'entrée étant relié au centre du plateau Le plateau 52 présente trois trous circulaires proches de ses sommets, représentés en

53 et recevant chacun une extrémité d'une colonnette 54.

Les autres extrémités des colonnettes 54 sont logées d'une manière analogue dans d'autres trous 55 également proches des sommets d'un plateau triangulaire 36 Les plateaux 52

et 56 présentent, en plan, des formes sensiblement identi-

ques, le plateau 56 comportant un arb _ central qui fait saillie vers l'extérieur de son centre et qui est représenté en 57 Ainsi, l'arbre d'entrée 51, situé sur un premier côté de la structure formée par les plateaux 52 et 56 et les colonnettes correspondantes 54, supporte l'ensemble afin qu'il puisse tourner, chaque colonnette 54 portant ellemême un pignon correspondant 60 Ce pignon 60, qui est analogue au pignon 11 de la figure 1, présente plusieurs encoches circonférentielles séparées par des dents En particulier, chaque pignon 60 présente à sa périphérie plusieurs évidements ou encoches 61 à bord circulaires formés

entre des dents adjacentes 62 De la manière décrite précé-

demment, on forme un ensemble d'un seul bloc portant les pignons 60 avec l'arbre 51 Ainsi, les pignons 60 peuvent tourner librement autour de leurs colonnettes respectives, reproduisant ainsi les mouvements du pignon 11 autour de l'arbre 12 sur la figure 1 Conformément au même principe, cet engrenage planétaire est mis en rotation dans une

structure à engrenage droit comprenant deux plaques circu-

laires 71 et 72 espacées de manière à porter entre elles plusieurs rouleaux 75 Ces derniers sont répartis le long de la périphérie des plaques 71 et 72 en alignement avec les dents des pignons 60 afin d'entrer en prise avec ces dents Ainsi, comme précédemment, en choisissant de façon appropriée le pas différentiel entre l'écartement des dents des pignons 60 et l'écartement périphérique des

rouleaux 75, on peut obtenir un rapport d'engrenage élevé.

Comme précédemment, le rapport d'engrenage obtenu dépend de la différence de pas plutôt que des nombres de dents Dans cette forme de réalisation, les plaques 71 et 72 peuvent comporter une prise de sortie, représentée dans ce cas sous la forme d'une prise 76 de mouvement par laquelle la réduction d'engrenage a lieu. Ces mêmes principes peuvent être appliqués à un

ensemble différentiel tel que montré sur les figures 4 et 5.

En particulier, comme représenté sur ces figures, un différentiel, indiqué globalement en 100, comprend un arbre d'entrée 101 qui pénètre à l'intérieur d'une cage

annulaire 102 d'engrenages de section sensiblement cylin-

drique A l'intérieur de la cage annulaire 102, l'arbre 101 est relié par des cannelures à une roue planétaire 103 dans laquelle sont taillées des dents d'engrenage classiques et qui est en prise avec plusieurs satellites

104 Ces derniers sont eux-mêmes montés sur des axes corres-

pondants 105 qui sont disposés de manière à tourner dans un support de satellites comprenant deux flasques extrêmes circulaires 106 et 107 Chacun des axes 105, relié par des cannelures à un pignon 104, est également claveté ou relié par des cannelures à deux roues dentées 108 et 109 réalisées conformément à l'invention Les roues dentées 108 et 109 engrènent, elles-mêmes, avec plusieurs rouleaux

périphériques 110 montés à proximité des parois périphé-

riques de la cage 102 du différentiel Comme précédemment, chacune des roues dentées 108 et 109 présente des encoches périphériques 115 dont le pas diffère de celui des rouleaux périphériques 110 Par conséquent, comme précédemment, la différence de pas peut être utilisée de façon avantageuse

conformément au principe décrit précédemment.

La structure représentée sur les figures 4 et 5 peut être mise en oeuvre, en variante, conformément à la forme de réalisation de la figure 6 Pour plus de clarté, les mêmes références numériques que sur les figures 4 et 5 sont utilisées sur la figure 6 qui montre d'autres

caractéristiques employées de façon avantageuse En parti-

culier, comme représenté sur la figure 6, la roue plané-

taire 103 est solidarisée par des cannelures à une cage

intérieure 125 à rouleaux ayant, en plan, une forme circu-

laire et comportant, à sa périphérie, plusieurs rouleaux La dimension radiale de la position des rouleaux 130 est telle qu'un contact est réalisé entre ces rouleaux et les roues dentées 108 et 109 En outre, l'espacement périphérique des rouleaux 130 peut être choisi de manière à être égal au pas circulaire des roues dentées 108 et 109 et une inversion peut donc avoir lieu Ainsi, la rotation de la cage 102 du différentiel, dans ce cas, est opposée à celle de l'arbre 101 et fait avec cette dernière un

rapport proportionnel à la différence de pas.

Dans toutes les formes de réalisation décrites

ci-dessus, les relations géométriques des encoches circu-

laires et de la surface des rouleaux assure un contact ponctuel unique conférant de hauts rendements Dans chaque cas, le contact ponctuel établit le rapport d'engrenage nécessaire, réalisant donc des rendements égaux à ceux d'un train d'engrenages classique A la différence d'un train d'engrenages classique, ces rendements sont obtenus en un seul étage plutôt qu'au moyen du nombre d'étages normalement important qu'il faut utiliser pour obtenir

le rapport élevé.

Ce même principe, décrit précédemment, de l'en-

grenage à pas différentiel peut être rendu encore plus efficacepar l'utilisation d'un couplage magnétique En particulier, comme montré sur les figures 7 et 8, un support 201 de satellites est mené en rotation par un arbre 202 situé à l'intérieur d'une couronne dentée 203 Plusieurs

pignons 205, montés de manière à pouvoir tourner à l'inté-

rieur du support 201 et placés à des distances radiales égales du centre de l'arbre 202, se présentent chacun sous la forme d'un tronçon de cylindre de la surface périphérique de laquelle font saillie plusieurs bipôles radiaux 206 aimantés Nord et Sud, conformément au sens indiqué sur la figure 8 L'ensemble 203 à couronne dentée comprend,

d'une manière analogue, une couronne 211 à denture péri-

phérique intérieure dont chaque dent 212 est, comme précé-

demment, aimantée de façon à constituer un bipâle magnétique.

Il est prévu d'aligner la polarité magnétique des dents 212 de la couronne dentée et des dents 206 des satellites de façon que l'on obtienne une répulsion,-ce qui assure un engrenage à prise sans contact La répulsion déplace la couronne 203 sur une distance correspondant à la diffé- rence de pas Comme précédemment, le pas circulaire des

dents 212 de la couronne dentée et le pas des dents péri-

phériques des pignons 205 peuvent être inégaux, ce qui permet d'obtenir l'engrenage différentiel précité Dans

cette forme de réalisation, le rapport d'engrenage néces-

saire est obtenu en une disposition qui, du fait de la répulsion magnétique, permet une certaine absorption par

l'arbre, minimisant le contact des éléments dentés.

Le même effet magnétique peut être utilisé de façon avantageuse, conformément à l'illustration de la figure 9 Dans ce cas, le satellite 205, au lieu de comporter lesdits pôles magnétiques périphériques, comprend des éléments magnétiques semi-circulaires encastrés 226 situés à sa périphérie La couronne dentée 211 peut comporter, de la même manière, des éléments magnétiques semi-circulaires

encastrés 232, l'alignement magnétique des éléments encas-

trés 226 et 232 étant Nord-Sud pour produire-une attraction mutuelle Comme précédemment, l'écartement périphérique des éléments magnétiques encastrés 226 et l'écartement des éléments encastrés 232 peuvent être tels que l'on obtienne un engrenage différentiel Cette dernière forme de réalisation constitue un engrenage efficace présentant la caractéristique souhaitée d'une absence de contact

mécanique, ce qui est particulièrement utile pour l'entraî-

nement de dispositifs délicats tels que des dérouleurs

de bande ou d'autres appareils similaires.

Pour développer un couple plus élevé, on peut utiliser un agencement magnétique tel que montré sur la

figure 10, dans lequel un rail fixe 233 est prévu L'espa-

cement circulaire entre les aimants 226 et le rail 233 est constant et l'écartement circulaire des aimants 232

est différent de celui des aimants 226 Une autre confi-

guration, montrée sur les figures 11 et 12, est analogue

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à celle de la figure 6, sauf que les pignons sont remplacés

par des aimants Les mêmes références numériques sont uti-

lisées pour les mêmes éléments des différentes formes de réalisation. Dans chacune des formes de réalisation décrites ci-dessus, le pas circulaire d'une roue dentée est utilisé pour l'obtention de grands rapports d'engrenages Dans le cas o un contact solide est réalisé, deux surfaces de rayons inégaux réalisent un contact p-actuel qui est en outre amélioré par les caractéristiques d'un rouleau ou d'un galet Ainsi, le même rendement D e celui pouvant être obtenu dans une transmission à chlaine ou dans un train d'engrenages est obtenu dans ce cas, avec l'avantage supplémentaire constitué par la présence d'un seul étage pour parvenir au même rapport d'engrenage qui ne peut

être normalement obtenu qu'au moyen de plusieurs engrenages.

Etant donné que ce point de contact roule sur la périphérie du rouleau, l'ensemble portant le rouleau est avancé par

la surface de l'encoche sans la retenue opposée demandée.

Ainsi, lorsque chacune des dents est avancée dans l'espace compris entre les rouleaux, la dent maintient le contact sur un seul côté L'autre côté de la dent ou de l'encoche comprise entre les dents est exempt de tout contact Pour que cet engrenage avance sur les rouleaux, une translation opposée nécessaire apparaît donc dans l'ensemble à rouleaux, réalisant l'engrenage souhaité Cette translation opposée apparaît même si la structure à rouleaux est parfaitement plate, caractéristique n'ayant pu être obtenue jusqu'à présent Dans l'engrenage à couplage magnétique, les forces de répulsion ou d'attraction des aimants constituent la force d'entraînement agissant sur les pôles pour qu'ils s'alignent afin d'entraîner les éléments dentés tout en

maintenant un engrènement.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l 'appareil décri t et représenté

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 Appareil pour changer le rapport des déplace-

ments d'un élément menant ( 13) et d'un élément mené ( 20), caractérisé en ce qu'il comporte un élément circulaire ( 11) analogue à une roue dentée, présentant un bord périphérique qui comporte plusieurs organes d'entraînement ( 31) espacés à des intervalles prédéterminés (P) le long de ce bord, cet élément circulaire étant relié fonctionnellement à l'élément menant afin d'être mis en rotation, et un élément allongé de prise qui comporte plusieurs organes menés

espacés sur sa longueur, à des écartements égaux et pré-

sélectionnés (T), les organes menés étant reliés fonction-

nellement aux organes menants de manière que lesdits

organes menés soient déployés pour être engagés successi-

vement par les organes menants pendant la rotation de

l'élément circulaire.

2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les intervalles prédéterminés et les distances

présélectionnées sont inégaux.

3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les organes menants comprennent des encoches courbes et les organes menés comprennent des rouleaux comportant chacun une colonnette ( 21) qui fait saillie transversalement de l'élément allongé d'enclenchement, chaque colonnette supportant un manchon cylindrique ( 22) qui peut tourner et qui présente un diamètre extérieur

inférieur à la courbure des encoches courbes.

4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément d'enclenchement est courbé suivant une boucle circulaire ( 71, 72) montée de manière à faire

tourner l'élément mené.

Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un engrenage ( 100) monté entre l'élément circulaire et l'élément menant afin de

déplacer l'élément circulaire ( 102) à son rapport d'engre-

nage. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément circulaire ( 125) est monté de manière à exécuter un mouvement planétaire à l'intérieur de l'élément d'enclenchement. 7 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les encoches et les rouleaux ( 206, 212) sont aimantés pour se repousser mutuellement. 8 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes menants ( 226) et les organes menés

( 232) sont aimantés pour s'attirer mutuellement.