WO2010055228A1 - Réducteur à deux axes de sortie coaxiaux - Google Patents
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- F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
- F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
- F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
Definitions
- the present invention relates to the field of rotary transmissions whose input or output is a relative rotation between two rotating coaxial axes. in the same direction at close speeds.
- Every transmission mechanism tries to reconcile force and displacement, whether in the field of translations or rotations.
- a rotation transmission makes it possible to transform a fast rotation with a small torque into a slower motion but with more torque, or vice versa.
- the friction losses are also important because it is necessary to add several stages of reduction or use concepts with high losses. It is possible to realize simply a very strong reduction of rotation if the slow movement, input or output, can take the form of a relative rotation between two coaxial axes. For this, we must consider a mechanism having coaxial axes rotating at speeds close to and in the same direction. The relative rotation will then be very small in amplitude and thus the differential torque will be important.
- connection in rotation is provided by a gear with external teeth between each of the coaxial axes and a third axis, the two gears being of different ratio.
- Each of the coaxial axes is driven by a gear which meshes each with a toothed wheel integral with the third axis.
- the coaxial axes rotate in the same direction, but at different speeds because the gears have different ratios.
- the system thus comprises in all four gears, two of which are integral.
- the gear ratios must be as close as possible so that the relative displacement between the wheels of the coaxial axes is as small as possible.
- the respect of the common spacing since the two gears have the same parallel axes, sets a minimum to the difference between the ratios of the latter because the sum of the spokes of two intermeshed wheels must remain constant If the gears all have the same module the minimum difference will be made by modifying the number of teeth of one unit on one of the gears, for example with numbers of teeth Z and z for one and Z + 1 and z-1 for the other.
- the mechanism comprises a plurality of axes distributed regularly around the coaxial axes providing the function of said third axis.
- Each of the coaxial axes is driven by a gear which meshes with the toothed wheels integral with the parallel axes which, by their regular distribution around the coaxial axes, balance the radial reactions on the latter.
- connection in rotation is provided by a flexible element transmission between each of the coaxial axes and a third axis, its two transmissions being different ratio.
- the flexible member may be a chain or a belt but preferably synchronous as a toothed belt rather than a traction belt, as the mechanism involves high voltages.
- the mechanism is designed so that the coaxial output movement is applied between the movable part and the fixed part of a bolting assembly that is to be locked or unlocked.
- the fixed part is preferably the bulky part and the moving part is then the nut or the screw.
- the input effort comes from the muscular force of an operator applying a torque, or from a motorized device.
- the input movement is indifferently the rotation of the planet carrier about the common axis of the coaxial axes with the third axis held stationary or the rotation of the third shaft which turns on itself and around the common axis.
Abstract
Réducteur dont la sortie est le mouvement relatif entre deux axes coaxiaux tournant dans le même sens à des vitesses proches.
Description
Réducteur à deux axes de sortie coaxiaux.
La présente invention concerne le domaine des transmissions tournantes dont l'entrée ou fa sortie est une rotation relative entre deux axes coaxiaux tournant. dans te même sens à des vitesses proches.
Tout mécanisme de transmission essaye de concilier force et déplacement, que ce soit dans le domaine des translations ou des rotations. Une transmission de rotation permet par exemple de transformer une rotation rapide avec un petit couple en un mouvement plus lent mais avec plus de couple, ou l'inverse.
Si Ie rapport de réduction désiré est important, les pertes en frottement le sont également car il faut additionner plusieurs étages de démultiplication ou utiliser des concepts à fortes pertes. Il est possible de réaliser simplement une très forte réduction de rotation si le mouvement lent, entrée ou sortie, peut prendre la forme d'une rotation relative entre deux axes coaxiaux. Pour cela, il faut considérer un mécanisme ayant άeux axes coaxiaux tournant à des vitesses proches et dans Ie même sens. La rotation relative sera alors très faible en amplitude et donc Ie couple différentiel sera important.
Un exemple didactique où l'on exploite de faibles déplacements relatifs est le palan différentiel que l'on trouve dans les manuels de physique. Il s'agit d'une poulie double dont les deux diamètres sont voisins et où un câble s'enroule sur /a grande poulie tout en se déroulant de Ja petite en formant une boucle tendue par une poulie folle munie d'un crochet soulevant une chargé. Une rotation de la double poulie entraîne une petite variation de la longueur de la boucle, d'où un effet levant très lent et donc très démultiplié, alors que le câble se déplace rapidement.
Il est connu des transmissions à vis sans fin n'ayant que deux pièces mobiles, à gros rapport de réduction mais où le frottement est important. Il est également connu des mécanismes à étages d'engrenages, à planétaires ou utilisant
plusieurs éléments flexibles ayant des rapports de réduction ou de multiplication importants, mais le grand nombre de pièces entraîne également des pertes.
Un problème n'ayant que partiellement été résolu est l'obtention de forte démultiplication avec un mécanisme simple avec peu d'organes mobiles dans le cas de systèmes pouvant exploiter une rotation relative entre axes coaxiaux.
Ce but est atteint par un mécanisme rotatif de transmission caractérisé en ce qu'il possède aux moins trois axes liés en rotation dans un bâti, dont deux sont coaxiaux et tournent dans le même sens, et en ce que la rotation relative entre les deux axes coaxiaux est exploitée en mouvement de sortie, le mouvement d'entrée étant la rotation d'un quelconque des axes
Ce mécanisme trouve son intérêt dans les cas où l'entrée ou sortie peut être exploitée sous la forme d'une rotation relative entre deux axes coaxiaux tournants dans le même sens à des vitesses différentes. Cela concerne les systèmes où l'ensemble du mécanisme peut tourner même à grande vitesse sans perturber la partie opérante ayant une faible vitesse relative. Cela peut être par exemple un montage vis-écrou comme utilisé dans les vérins mécaniques, un enroulement d'élément flexible ayant une sortie axiale pour l'élément flexible ou un dispositif de torsion d'un élément élastique. Ce mécanisme permet donc d'obtenir en sortie une rotation relative lente avec en entrée une rotation rapide, mais à l'inverse, il peut aussi transformer un mouvement lent de rotation relative en une rotation rapide. Un exemple pourrait être le stockage d'énergie de torsion dans un élément élastique pour un actionner un système d'horlogerie. Dans le cas de systèmes vis-écrou, le fait de tourner à grande vitesse sous effort entraîne par contre des frictions qu'il convient de minimiser par des dispositifs comme des butées à billes.
Le fait d'utiliser une rotation relative entre deux axes coaxiaux permet d'avoir deux éléments qui tournent à la fois vite avec peu de couple par rapport au bâti, mais qui tournent lentement avec beaucoup de couple l'un par rapport à l'autre. Contrairement à un système étage, comme une suite d'engrenages par exempte, le dimensionnement, au lieu d'être croissant avec le couple en jeu, sera alors le même pour l'ensemble des pièces, gage de robustesse.
Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la liaison en rotation est assurée par un engrenage à denture extérieure entre chacun des axes coaxiaux et un troisième axe, les deux engrenages étant de rapport différent. Chacun des axes coaxiaux est entraîné par une roue dentée qui s'engrène chacune avec une roue dentée solidaire du troisième axe. Les axes coaxiaux tournent dans le même sens, mais à des vitesses différentes car les engrenages ont des rapports différents. Le système comprend donc en tout quatre roues dentées, dont deux solidaires. Pour atteindre des démultiplications importantes, les rapports d'engrenages doivent être le plus proche possible pour que le déplacement relatif entre les roues des axes coaxiaux soit le plus faible possible. Le respect de l'entraxe commun, puisque les deux engrenages ont les mêmes axes parallèles, fixe un minimum à la différence entre les rapports de ces derniers car la somme des rayons de deux roues engrenées doit rester constant Si les engrenages ont tous le même module, le minimum d'écart se fera en modifiant le nombre de dents d'une unité sur un des engrenages, par exemple avec des nombres de dents Z et z pour l'un et Z+1 et z-1 pour l'autre. Dans le cas de roues de même taille, donc avec z ≈ Z, ayant Z dents pour un engrenage et Z+1 et Z-1 pour l'autre, les différences de rapports des engrenages est de l'ordre de 2/Z et la réduction globale, c'est-à-dire entre rotation d'entrée et rotation relative de sortie, sera proche de 15 dans le cas de roues ayant une trentaine de dents. L'architecture rappelle un train épicycloïdal avec satellite à deux roues mais simplifié car l'axe du satellite est fixe. Il est possible d'augmenter la réduction en utilisant deux engrenages de module différent, mais proche, ce qui n'impose plus le respect du calcul entre nombres de dents et entraxe. Avec des couples Z-1/Z et Z/Z+1 , les différences de rapports des engrenages est de l'ordre de 1/Z2 et fa réduction globale, c'est-à- dire entre rotation d'entrée et rotation relative de sortie, sera proche de 900 dans le cas de roues ayant une trentaine de dents. Bien sûr, cela impose l'utilisation de module non standard. Il est néanmoins possible d'utiliser des modules en pouces en association avec des modules métriques. Un pouce mesurant 25.4 mm, soit 25 + 1.6%, il est possible d'associer par exemple un couple de roues de 64 et 63 dents, de module métrique de 2.5, donc avec un entraxe de 158.75 mm avec un couple de roues de 63 et 62 dents, de « diamétral pîtch » 10, correspondant à un module
métrique de 2.54 avec exactement le même entraxe. Le rapport des vitesses est 64X62/632 soit une réduction globale de 4000.
Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, le mécanisme comprend une pluralité d'axes répartis régulièrement autour des axes coaxiaux assurant la fonction dudît troisième axe. Chacun des axes coaxiaux est entraîné par une roue dentée qui s'engrène avec les roues dentées solidaires des axes parallèles qui, par leur répartition régulière autour des axes coaxiaux, équilibrent les réactions radiales sur ces derniers.
Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la liaison en rotation est assurée par une transmission à élément flexible entre chacun des axes coaxiaux et un troisième axe, Ses deux transmissions étant à rapport différent. L'élément flexible peut être une chaîne ou une courroie mais préférablement synchrone comme une courroie crantée plutôt qu'une courroie à adhérence, car le mécanisme met en jeu de fortes tensions. Le résultat est identique au montage par engrenages à denture extérieure mais l'absence de la contrainte des calculs de module est d'entraxe permet d'obtenir facilement des différences de rapports de transmission de l'ordre de 1/Z2 avec des pignons ou des poulies à Z dents, et Ia réduction globale, c'est-à-dire entre rotation d'entrée et rotation refative de sortie, sera proche de 900 dans le cas de roues ayant une trentaine de dents.
Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la liaison en rotation est assurée par un engrenage à denture intérieure entre chacun des axes coaxiaux et le troisième axe, les deux engrenages étant à rapport différent. Les deux roues liées en rotation peuvent être indifféremment les roues à denture extérieure ou celle à denture intérieure. De par leur forme et Ia difficulté à positionner leur axe, il est préférable de lier en rotation les premières pour la plupart des applications, mais le montage inverse présente un intérêt quand il est nécessaire d'exploiter les mouvements de sortie par l'extérieur du montage. Le fait d'utiliser des roues à denture intérieure permet de diminuer la différence des rapports de réduction car la règle de calcul entre module et d'entraxe s'applique sur les différences des rayons. En cas de module standard et pour avoir des rapports de transmission très proches, il est judicieux d'avoir une dent
d'écart autant sur les roues à denture intérieure que sur celles à denture extérieure. Avec des roues à denture intérieure et en prenant ia valeur minimale habituelle de 6 dents d'écart entre roue intérieure et roue extérieure, nous avons un couple Z/Z+6 et l'autre Z+1/Z+7, la différence de rapports des engrenages est de l'ordre de 6/Z2 et la réduction globale, c'est-à-dire entre rotation d'entrée et rotation relative de sortie, sera proche de 150 dans le cas de roues ayant une trentaine de dents. L'utilisation de roues à denture intérieure diminue notablement l'encombrement du montage.
Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, les roues à denture intérieure sont guidées en rotation par leur circonférence externe par exemple avec des galets. Cela simplifie (e montage car Ie positionnement de l'axe des roues à denture intérieure interfère avec les autres roues et leur entraînement n'est pas nécessaire.
Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, les roues à denture intérieure sont guidées en rotation par leur circonférence externe par exemple - avec des gafets, mais uniquement sur la zone de f engrenure. Les réactions ont pour effet d'écarter les roues l'une de l'autre et un guidage dans la zone de l'engrenure suffît pour assurer le positionnement de Ia double roue à denture intérieure.
Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, le mécanisme peut également être un multiplicateur avec l'entrée en rotation relative et Ia sortie sur un axe quelconque comme par exemple un système utilisant Ie travail stocké dans une pièce élastique en torsion ou dans un poids qui déroule un câble à partir d'un tambour avec un renvoi permettant une sortie du câble verticale. Ces deux exemples peuvent éventuellement être utilisés en horlogerie.
Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, le mécanisme est conçu pour que Ie mouvement de sortie coaxial s'applique entre Ia partie mobile et la partie fixe d'un montage de boulonnerie que l'on désire bloquer ou débloquer. La partie fixe est préférablement la partie volumineuse et la partie mobile est alors l'écrou ou la vis. L'effort d'entrée provient de Ia force musculaire d'un opérateur appliquant un couple, ou d'un dispositif motorisé. Le
mouvement d'entrée est donc indifféremment la rotation du porte-satellite autour de l'axe commun des axes coaxiaux avec le troisième axe maintenu immobile ou la rotation du troisième arbre qui tourne sur lui-même et autour de ['axe commun. Dans le cas de transmission par engrenages, on retrouve le montage traditionnel appelé train épicycloïdal avec satellites à deux roues où les axes coaxiaux ont l'un une vitesse nulle et l'autre une vitesse très faible, l'axe du double satellite tournant plus vite, ainsi que le porte-satellite lui-même. Par contre dans le cas de transmission à éléments flexibles, il est possible d'avoir cet axe tournant également à faible vitesse, et même un cas particulier où cet axe est immobile, tout en tournant autour des axes coaxiaux. Cela est réalisé lorsque la transmission entre le double satellite et la roue dentée fixe liée à la partie fixe a un rapport de 1, ou proche de 1. Cet axe immobile, ou tournant à faible vitesse, peut être utilisé confortablement comme poignée de rotation manuelle pour faire tourner le porte-satellite. Le fait d'appliquer l'effort de rotation directement sur l'axe du double satellite réduit d'autant les contraintes au niveau de la liaison de celui-ci avec le porte-satellite. Un exemple d'utilisation est un mécanisme pour serrer et desserrer les écrous de roue d'une automobile. L'axe coaxial fixe est alors liée à la jante par un dispositif pouvant prendre appui sur les écrous adjacents à celui que l'on veut faire tourner, et cet axe fixe guide de façon concentrique l'autre axe portant une douille hexagonale qui va entraîner l'écrou à serrer ou à desserrer.
H est bien entendu que d'autres modes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre de la protection de la présente invention.
Claims
1. Mécanisme rotatif de transmission caractérisé en ce qu'il possède aux moins trois axes liés en rotation dont deux sont coaxiaux et tournent dans le même sens, et en ce que la rotation relative entre les deux axes coaxiaux est exploitée en mouvement de sortie, le mouvement d'entrée étant la rotation d'un quelconque des axes.
2. Mécanisme selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la liaison en rotation est assurée par un engrenage à denture extérieure entre chacun des axes coaxiaux et un troisième axe, les deux engrenages étant à rapport différent.
3. Mécanisme çëlon les revendications précédentes, caractérisé par une pluralité d'axes répartis régulièrement autour des axes coaxiaux assurant la fonction dudit troisième axe.
4. Mécanisme selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la liaison en rotation est assurée par une transmission à élément flexible entre chacun des axes coaxiaux et un troisième axe, les deux transmission étant à rapport différent.
5. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison en rotation est assurée par engrenages à denture intérieure entre chacun des axes coaxiaux et un troisième axe, les deux engrenages étant à rapport différent.
6. Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que les roues à denture intérieure sont guidées en rotation par leur circonférence externe.
7. Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé en ce que les roues à denture intérieure sont guidées en rotation par leur circonférence externe au niveau de l'engrenure.
8. Mécanisme selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les mouvements d'entrée et de sortie sont intervertis.
9. Mécanisme selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le mouvement de sortie coaxial s'applique entre la partie mobile et la partie fixe d'un montage de boulonnerïe que l'on désire bloquer ou débloquer.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR0806421A FR2938621B1 (fr) | 2008-11-17 | 2008-11-17 | Reducteur a deux axes de sortie coaxiaux |
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| FR2151980A5 (fr) * | 1971-08-30 | 1973-04-20 | Envirotech Corp | |
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| US20030216213A1 (en) * | 2002-03-27 | 2003-11-20 | Akira Yamamoto | Reduction gear and product group of reduction gears |
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2008
- 2008-11-17 FR FR0806421A patent/FR2938621B1/fr not_active Expired - Fee Related
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2009
- 2009-11-13 WO PCT/FR2009/001304 patent/WO2010055228A1/fr active Application Filing
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Also Published As
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