FR3107937A1 - Dispositif d’entraînement et tiltrotateur correspondant - Google Patents

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Abstract

Dispositif d’entraînement et tiltrotateur correspondant Ce dispositif d’entraînement, comprend un arbre d’entrée (10) et un support (4), une vis sans fin (6) montée sur l’arbre d’entrée (10) mobile en rotation par rapport au support (4) et ayant un filet de vis (8), et une roue tangente (12) qui est montée mobile en rotation par rapport au support et qui comporte une denture (14) engrenant avec la vis sans fin (6). Le dispositif d’entraînement comprend un dispositif d’amortissement (30) adapté pour amortir une force exercée par la roue tangente sur la vis sans fin. Le dispositif d’entraînement définit une configuration neutre dans laquelle le dispositif d’amortissement (30) n’exerce pas de force d’amortissement sur la denture et le filet de vis. Application aux tiltrotateurs. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Dispositif d’entraînement et tiltrotateur correspondant
La présente invention concerne un dispositif d’entraînement, du type comprenant
- un arbre d’entrée et un support;
- une vis sans fin montée sur l’arbre d’entrée mobile en rotation par rapport au support et ayant au moins un filet de vis ; et
- une roue tangente qui est montée mobile en rotation par rapport au support et qui comporte une denture engrenant avec la vis sans fin.
On connait des dispositifs appelés «tiltrotateur» disposés entre le bras articulé d’un engin de construction et l’outil. Ces tiltrotateurs sont adaptés pour permettre une rotation de l’outil autour d’un axe de rotation et pour permettre une inclinaison de l’outil autour d’un axe d’inclinaison qui s’étend perpendiculairement à l’axe de rotation. De tels dispositifs sont expliqués par Wikipédia: https://en.wikipedia.org/wiki/Tiltrotator.
Un tel tiltrotateur comprend un dispositif d’entraînement comprenant une vis sans fin et une roue tangente. Le filet de la vis sans fin est en prise avec les dents de la roue tangente.
Ces dispositifs d’entraînement sont soumis à de nombreux chocs, par exemple lors de changements de direction brutaux par l’utilisateur ou encore l’extraction ou le chargement de matériaux. Egalement, les utilisateurs ont tendance à pousser des objets avec l’outil dans une direction perpendiculairement à l’axe de rotation et à l’axe d’inclinaison (donc généralement selon une direction circonférentielle par rapport à l’axe de rotation du châssis de l’excavatrice). Des efforts importants entrainent des pics de couples se rapportant sur la roue tangente, ce qui provoque des chocs sur le filet de la vis sans fin, ainsi que sur la denture de la roue tangente.
Du fait du jeu d’engrènement entre le filet de la vis sans fin et la denture de la roue tangente en prise, la vis sans fin reprend contact avec les dents de la roue tangente et engendre un choc plus ou moins violent. Ceci a pour risque d’opérer une usure prématurée ou une rupture du filet de vis.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d’entraînement qui ait une durée de vie importante.
Un autre but de l’invention est que le dispositif d’entraînement soit de construction simple et économique.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif d’entraînement tel que cité ci-dessus, caractérisé en ce que le dispositif d’entraînement comprend un dispositif d’amortissement adapté pour amortir une force exercée par la roue tangente sur la vis sans fin, et en ce que
le dispositif d’entraînement définit une configuration neutre dans laquelle le dispositif d’amortissement n’exerce pas de force d’amortissement sur la denture et le filet de vis.
Selon des modes de réalisation particuliers, l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises en toute combinaison techniquement possible:
- le dispositif d’amortissement comprend un premier ressort disposé entre le support et la vis sans fin et adapté pour être comprimé par un déplacement axial de la vis sans fin dans un premier sens engendré par une rotation de la roue tangente dans un premier sens;
- le dispositif d’amortissement comprend des moyens de transmission adaptés pour transmettre le déplacement axial de la vis sans fin dans le premier sens en vue de la compression du premier ressort;
- le dispositif d’amortissement comprend un second ressort disposé entre le support et la vis sans fin et adapté pour être comprimé par un déplacement axial de la vis sans fin dans un second sens engendré par une rotation de la roue tangente dans un second sens, et dans lequel le dispositif d’amortissement comprend des moyens de transmission adaptés pour transmettre le déplacement axial de la vis sans fin dans le second sens en vue de la compression du second ressort;
- les moyens de transmission sont munis d’un élément mobile comprenant l’un ou plusieurs de :
. une glissière mobile en translation par rapport au support ;
. une bague de palier extérieure logeant la vis sans fin mobile en rotation et limité en translation par rapport au support, et
. un porte-ressort, qui est un élément solidaire de la vis sans fin et qui porte le premier ressort et/ou le second ressort;
- le dispositif d’amortissement comprend un moyen de précompression adapté pour précontraindre le premier ressort et/ou le second ressort, et dans lequel la configuration neutre est défini par le premier ressort et/ou le second ressort étant précontraint et n’exerçant une force de ressort que sur le moyen de précompression;
- le premier ressort et/ou le cas échéant le second ressort, comprend ou comprennent l’un ou plusieurs des suivants :
. Rondelle Belleville,
. Bague élastomère,
. Bagues en caoutchouc, et
. Acier ressort;
- le dispositif d’entraînement définit une force maximale nominale autorisée agissant sur la roue tangente qui est supérieure à une force maximale de défaillance du filet de vis ou de la denture de la roue tangente et dans lequel
- le dispositif d’amortissement est adapté pour transformer une force agissante sur la roue tangente qui est égale à la force maximale nominale autorisée à une force agissante sur la vis sans fin et sur la denture qui est inférieure à la force maximale de défaillance; et
- le dispositif d’entraînement comprend un moteur d’entraînement et un accouplement reliant un arbre d’entraînement du moteur d’entraînement à la vis tangente et dans lequel
- l’accouplement est un accouplement permanent, notamment un accouplement élastique flexible en torsion et flexible en désalignement axial, notamment le désalignement axial permis par l’accouplement étant au moins égal à une course maximale du dispositif d’amortissement.
L’invention concerne également un tiltrotateur, du type comprenant un cadre et une bride de sortie la bride de sortie étant mobile en rotation par rapport au cadre, caractérisé en ce que le tiltrotateur comprend un dispositif d’entraînement tel que défini ci-dessus.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
la figure 1 est une vue schématique d’un tiltrotateur comprenant un premier mode de réalisation d’un dispositif d’entraînement selon l’invention, et
la figure 2 est une vue schématique d’un tiltrotateur comprenant un second mode de réalisation d’un dispositif d’entraînement selon l’invention.
Sur la figure 1 est représenté un tiltrotateur 100 muni d’un cadre 102 et d’une bride de sortie 104. La bride de sortie 104 est adaptée pour porter un outil, tel qu’un godet, une pince ou un ciseau. La bride de sortie 104 est mobile en rotation par rapport au cadre 4 autour d’un axe, en l’occurrence l’axe Y-Y. Le tiltrotateur 100 comprend un dispositif d’entraînement selon un premier mode de réalisation de l’invention, désigné par la référence générale 2. Le dispositif d’entraînement 2 comprend un support 4, qui est en l’occurrence un carter. Le support 4 est le cadre 102 ou est solidaire du cadre 102. Le support 4 est par exemple fixé à l’extrémité d’un bras articulé d’un engin de construction, par un dispositif d’attache notamment attache rapide.
Le dispositif d’entraînement 2 est muni d’une vis sans fin 6 montée mobile en rotation par rapport au support 4 autour d’un axe de rotation X-X et ayant un filet de vis 8. Le dispositif d’entraînement 2 comprend un arbre d’entrée 10 fixé axialement et en rotation à la vis sans fin 6.
Le dispositif d’entraînement 2 est muni d’une roue tangente 12 qui est montée mobile en rotation autour d’un axe de rotation Y-Y par rapport au support 4 et qui comporte une denture 14 engrenant avec le filet de vis 8 de la vis sans fin 6. Le dispositif d’entraînement 2 comprend un élément de sortie 16 fixé en rotation à la roue tangente 12. L’élément de sortie 16 est la bride de sortie 104 ou est solidaire de la bride de sortie 104.
Le dispositif d’entraînement 2 comprend un moteur d’entraînement 20 et un accouplement 22 reliant un arbre d’entraînement 24 du moteur 20 à la vis tangente 6 et en l’occurrence à l’arbre d’entrée 10.
L’accouplement 22 est un accouplement permanent, notamment un accouplement élastique flexible en torsion et flexible en désalignement axial. L’accouplement 22 définit une course axialeDApermise.
L’arbre d’entrée 10 et donc la vis sans fin 6 sont montés libres en translation selon un sens axial, à savoir selon l’axe de rotation X-X, par rapport au support 4. A cet effet, le dispositif d’entraînement 2 comprend un palier ou un roulement 24 radial supportant l’arbre d’entrée 10 par rapport au support 4. De plus, à cet effet, le dispositif d’entraînement 2 comprend un palier 26 radial et axial (i.e. axialement fixe par rapport à l’arbre d’entrée 10) supportant l’arbre d’entrée 10. En variante, le palier 26 est un roulement radial et axial. Le palier 26 comprend une bague de palier extérieure 28.
Le dispositif d’entraînement 2 définit une force maximale nominale autorisée agissant sur la roue tangente 12 qui est supérieure à une force maximale de défaillance du filet de vis 8 ou de la denture 14. La force maximale nominale autorisée est une force qui agit essentiellement sur la denture 14 et est dirigée tangentiellement par rapport à l’axe Y-Y.
Le dispositif d’entraînement 2 comprend un dispositif d’amortissement 30 adapté pour amortir une force exercée par la roue tangente 12 sur la vis sans fin 6.
Le dispositif d’amortissement 30 est adapté pour transformer une force agissante sur la roue tangente 12, qui est égale à la force maximale nominale autorisée, en une force agissante sur la vis sans fin 6 ou sur le filet de vis 8 et sur la denture 14 qui est inférieure à la force maximale de défaillance.
Dans le cadre de la présente invention, le terme «amortissement» est utilisé au sens large et vise premièrement la diminution de la contrainte agissante entre la denture et le filet de vis par une répartition de la force sur une distance de déplacement relativement importante et deuxièmement une dissipation de l’énergie mécanique due à cette force.
A cet effet, le dispositif d’amortissement 30 comprend un premier ressort 32 disposé entre le support 4 et la vis sans fin 6 et adapté pour être comprimé par un déplacement axial de la vis sans fin 6 dans un premier sens axial A1 engendré par une rotation de la roue tangente 12 dans un premier sens de rotation R1.
Le dispositif d’amortissement 30 comprend des moyens de transmission 34 adaptés pour transmettre le déplacement axial de la vis sans fin 6 dans le premier sens axial A1 en vue de la compression du premier ressort 32. Ces moyens de transmission 34 comprennent dans le cas présent l’arbre d’entrée 10 et plus particulièrement la partie de l’arbre d’entrée 10 s’étendant de la vis sans fin 6 au palier 26 radial et axial. Ces moyens de transmission 34 comprennent un élément de transmission mobile 36, mobile en translation par rapport au support 4. L’élément de transmission mobile 36 comprend en l’occurrence la bague extérieure 28 du palier 26. Les moyens de transmission 34 comprennent aussi une glissière 38 mobile en translation parallèlement par rapport au support 4. La glissière 38 est solidaire de la bague extérieure 28.
Le dispositif d’amortissement 30 comprend un second ressort 40 disposé entre le support 4 et la vis sans fin 6 et adapté pour être comprimé par un déplacement axial de la vis sans fin 6 dans un second sens axial A2 engendré par une rotation de la roue tangente dans un second sens de rotation R2, opposé au premier sens de rotation R1.
Le dispositif d’amortissement 30 comprend des moyens de transmission 42 adaptés pour transmettre le déplacement axial de la vis sans fin 6 dans le second sens axial A2 en vue de la compression du second ressort 40.
Les moyens de transmission 42 sont également munis de l’élément de transmission mobile 36 et de la glissière 38.
Le dispositif d’amortissement 30 a une course maximale CM qui est par exemple définie par la compression maximale de chacun des premier ressort 32 et second ressort 40. Le désalignement axial permis DA de l’accouplement 22 est au moins égal à la course maximale CM du dispositif d’amortissement 30.
La course maximale CM du dispositif d'amortissement 30 autorise avantageusement une rotation de la roue tangente 12 d'une valeur supérieure au cumul des jeux des éléments composant le système et des déformations induites par les efforts. Le dispositif d'amortissement 30 a une course minimale au moins égale à 2mm dans chaque direction en plus du cumul des jeux et déformations des éléments roue et vis.
Le dispositif d’entraînement 2 définit une configuration neutre dans laquelle le dispositif d’amortissement 30 n’exerce pas de force d’amortissement sur la denture 14 et le filet de vis 8. En d’autres termes, dans cette configuration, les forces agissantes entre la denture 14 et le filet de vis 8, en particulier lors de l’entrainement du dispositif d’entraînement, sont les mêmes qu’en l’absence du dispositif d’amortissement 30. Ainsi, en l’absence de force tangentielle sur l’outil, l’usure de la vis sans fin et de la roue dentée est faible.
Le support 4 comprend une première butée d’appui 50 sur laquelle le premier ressort 32 vient prendre appui en vue de sa compression. La première butée d’appui 50 est donc dirigée vers le premier ressort 32 à l’encontre du premier sens axial A1.
Le support 4 comprend une seconde butée d’appui 52 sur laquelle le second ressort 40 vient prendre appui en vue de sa compression. La seconde butée d’appui 52 est donc dirigée vers le second ressort 40 à l’encontre du second sens axial A2.
Le dispositif d’amortissement comprend par ailleurs un moyen de précompression 60 adapté pour précontraindre le premier ressort 32 et/ou le second ressort 40. Le moyen de précompression 60 comprend une première butée de précompression 62 qui définit la compression du premier ressort 32 en l’absence de contact du premier ressort 32 avec la première butée d’appui 50. La première butée de précompression 62 est par exemple solidaire des moyens de transmission 34, en l’occurrence de l‘élément de transmission mobile 36.
Le moyen de précompression 60 comprend une seconde butée de précompression 64 qui définit la compression du second ressort 40 en l’absence de contact du second ressort 40 avec la seconde butée d’appui 52. La seconde butée de précompression 64 est par exemple solidaire des moyens de transmission 34, en l’occurrence de l‘élément de transmission mobile 36.
Dans la configuration neutre, le premier ressort 32 et/ou le second ressort 40 est/sont précontraint/s et n’exercent une force de ressort que sur le moyen de précompression 60.
Le premier ressort 32 et/ou le second ressort 40 comprend ou comprennent l’un ou plusieurs des suivants :
- une ou plusieurs Rondelle(s) Belleville,
- une ou plusieurs Bague(s) élastomère,
- une ou plusieurs Bagues en caoutchouc, et
- Acier ressort.
Le tiltrotateur 100 fait par exemple partie d’un engin de construction, notamment d’une excavatrice, et relie un outil au bras de l’engin de construction en étant adapté pour permettre une rotation de l’outil autour d’un axe de rotation généralement sans limite angulaire (c’est-à-dire sur une plage au-delà de 360°, (i.e. l’axe Y-Y), et pour permettre une inclinaison de l’outil autour d’un axe d’inclinaison qui s’étend perpendiculairement à l’axe de rotation.
Sur la Figure 2 est représenté un second mode de réalisation de l’invention. Uniquement les différences par rapport au premier mode de réalisation seront décrites. Les éléments analogues portent les mêmes références.
Le premier ressort 32 et le second ressort 40 sont disposés sur un porte-ressort 70 qui est un élément solidaire en rotation et en translation de la vis sans fin 6 et avantageusement disposé coaxialement à l’axe central de la vis sans fin 6. En l’occurrence, le porte-ressort 70 est un élément solidaire de l’arbre d’entrée 10. Avantageusement, le porte-ressort 70 est disposé axialement par rapport à l’axe X-X du côté de la vis sans fin 6 opposé à l’accouplement 22. Le porte-ressort 70 est par exemple fabriqué d’un seul tenant avec l’arbre d’entrée 10 et/ou est un arbre étagé. Le porte-ressort 70 a un axe central, qui est en l’occurrence coaxial à l’axe X-X.
La première butée d’appui 50 est agencé sur le support 4 coaxialement à l’axe central du porte-ressort 70 et est par exemple une surface annulaire. La seconde butée d’appui 52 est agencée sur le support 4 coaxialement à l’axe central du porte-ressort 70 et est par exemple une surface annulaire.
Les moyens de précompression 60 sont disposés sur le porte-ressort 70, et sont avantageusement disposés coaxialement à axe central du porte-ressort 70. La première butée de précompression 62 est par exemple un écrou de compression serrant axialement le premier ressort 32 et le second ressort 40. La seconde butée de précompression 64 est par exemple une partie étagée du porte-ressort 70.
La première butée de précompression 62 et la seconde butée de précompression 64 définissent donc ensemble la compression du premier ressort 32 et du second ressort 40 en l’absence de contact de ces ressorts avec la première butée d’appui 50 et seconde butée d’appui 52.
Le premier ressort 32 et le second ressort 40 comprennent par exemple deux ressorts disposés parallèlement à l’axe central du porte-ressort 70 et circonférentiellement autour de cet axe central. Avantageusement, le premier ressort 32 et le second ressort 40 comprennent ou sont constitués d’un empilage axial de rondelles Belleville disposé coaxialement à l’axe central du porte-ressort 70.
La distance effective entre les butées de précompression 62 et 64 est inférieure à la distance effective entre les butées d’appui 50, 52, de telle sorte que le dispositif d’entraînement définit une configuration neutre.
Il est à noter que la glissière 38 peut être omise dans ce mode de réalisation.
Le dispositif d’entraînement selon le second mode de réalisation est avantageux, étant donné qu’il est compact et permet un amortissement important.
La principale fonction du dispositif d’amortissement 30 selon l’invention est d’absorber des sur-couples sur un court instant créé par les chocs aux moins égaux au couple admissible par la roue tangente avant rupture de la denture. Les éléments d’amortissement absorbent l’énergie dans deux directions axiales et la course minimale autorisée correspond à des sur-couples similaires aux couples maximums transmis par la roue avant rupture de la denture.
L’invention ne se limite pas aux applications citées ci-dessus, elle concerne tout type de réducteurs ou système d’orientation à roue et vis sans fin soumis à des efforts accidentels et donc subissant des chocs et/ou des sur-couples susceptibles d’engendrer la dégradation des caractéristiques de fonctionnement du système de réduction dans des domaines d’applications diverses autre que celui des outillages de pelles mécaniques.

Claims (10)

  1. Dispositif d’entraînement, du type comprenant
    - un arbre d’entrée (10) et un support (4);
    - une vis sans fin (6) montée sur l’arbre d’entrée (10) mobile en rotation par rapport au support (4) et ayant au moins un filet de vis (8);
    - une roue tangente (12) qui est montée mobile en rotation par rapport au support et qui comporte une denture (14) engrenant avec la vis sans fin (6),
    caractérisé en ce que
    le dispositif d’entraînement comprend un dispositif d’amortissement (30) adapté pour amortir une force exercée par la roue tangente sur la vis sans fin, et en ce que
    le dispositif d’entraînement définit une configuration neutre dans laquelle le dispositif d’amortissement (30) n’exerce pas de force d’amortissement sur la denture et le filet de vis.
  2. Dispositif d’entraînement selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d’amortissement (30) comprend un premier ressort (32) disposé entre le support (4) et la vis sans fin (6) et adapté pour être comprimé par un déplacement axial de la vis sans fin dans un premier sens (A1) engendré par une rotation de la roue tangente dans un premier sens (R1).
  3. Dispositif d’entraînement selon la revendication 2, dans lequel le dispositif d’amortissement (30) comprend des moyens de transmission (34) adaptés pour transmettre le déplacement axial de la vis sans fin dans le premier sens (A1) en vue de la compression du premier ressort (32).
  4. Dispositif d’entraînement selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le dispositif d’amortissement comprend un second ressort (40) disposé entre le support (4) et la vis sans fin (6) et adapté pour être comprimé par un déplacement axial de la vis sans fin dans un second sens (A2) engendré par une rotation de la roue tangente dans un second sens (R2), et dans lequel le dispositif d’amortissement comprend des moyens de transmission (34) adaptés pour transmettre le déplacement axial de la vis sans fin dans le second sens (A2) en vue de la compression du second ressort.
  5. Dispositif d’entraînement selon la revendication 4, dans lequel les moyens de transmission (34) sont munis d’un élément mobile comprenant l’un ou plusieurs de:
    - une glissière (38) mobile en translation par rapport au support (4);
    - une bague de palier extérieure (28) logeant la vis sans fin mobile en rotation et limité en translation par rapport au support (4), et
    - un porte-ressort (70), qui est un élément solidaire de la vis sans fin (6) et qui porte le premier ressort et/ou le second ressort (32, 40).
  6. Dispositif d’entraînement selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le dispositif d’amortissement comprend un moyen de précompression (60) adapté pour précontraindre le premier ressort et/ou le second ressort, et dans lequel la configuration neutre est défini par le premier ressort et/ou le second ressort étant précontraint et n’exerçant une force de ressort que sur le moyen de précompression.
  7. Dispositif d’entraînement selon l’une quelconque de revendications 2 à 6, dans lequel le premier ressort (32) et/ou le cas échéant le second ressort (40), comprend ou comprennent l’un ou plusieurs des suivants:
    - Rondelle Belleville,
    - Bague élastomère,
    - Bagues en caoutchouc, et
    - Acier ressort.
  8. Dispositif d’entraînement selon au moins l’une des revendications 4 à 7, dans lequel
    le dispositif d’entraînement définit une force maximale nominale autorisée agissant sur la roue tangente (12) qui est supérieure à une force maximale de défaillance du filet de vis (8) ou de la denture (14) de la roue tangente et dans lequel
    le dispositif d’amortissement (30) est adapté pour transformer une force agissante sur la roue tangente qui est égale à la force maximale nominale autorisée à une force agissante sur la vis sans fin et sur la denture qui est inférieure à la force maximale de défaillance.
  9. Dispositif d’entraînement selon l’une quelconque de revendications précédentes, dans lequel
    le dispositif d’entraînement comprend un moteur d’entraînement (20) et un accouplement (22) reliant un arbre d’entraînement (24) du moteur d’entraînement à la vis tangente et dans lequel
    l’accouplement est un accouplement permanent, notamment un accouplement élastique flexible en torsion et flexible en désalignement axial, notamment le désalignement axial permis par l’accouplement étant au moins égal à une course maximale du dispositif d’amortissement.
  10. Tiltrotateur, du type comprenant un cadre et une bride de sortie la bride de sortie étant mobile en rotation par rapport au cadre, caractérisé en ce que le tiltrotateur comprend un dispositif d’entraînement selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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