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La présente invention concerne les réducteurs de vitesse et leur procédé de fabrication, et elle vise à réaliser un couple à axes obli- ques de grand rapport de réduction de vitesse que l'on puisse fabriquer économiquement et qui soit résistant et facile à régler.
Le type de réducteur couramment utilisé, dans lequel une vis sans fin engrène avec des dents de la périphérie d'une roue dentée exige une mise en position très précise des axes de la roue dentée et de la vis sans fin et on ne peut pas le régler facilement pour rattraper le jeu dû à i'uoure. La surface de portée des dents est petite, de sorte que le ré- ducteur doit être de grandes dimensions pour transmettre une puissance sub- stantielle .
On a déjà proposé des réducteurs dans lesquels une vis sans fin est en prise avec des dents taillées sur la face d'une couronne ou d'une roue dentée conique, mais pour obtenir un engrènement suffisant des dents dans de tels réducteurs afin de transmettre une énergie substantielle, on a considéré jusqu'à maintenant qu'il était nécessaire de donner à la vis sans fin une forme particulière qui la rend d'une fabrication difficile et coûteuse. Ainsi,dans certains cas, la vis présentait une conicité ex- cessive, tandis que dans d'autres la surface ou le filet de la vis présen- taient des particularités qui la rendaient coûteuse à fabriquer et, dans la plupart de tels réducteurs, on n'obtenait pas un rapport de réduction élevé.
Le réducteur selon l'invention consiste en une vis sans fin conique n'ayant qu'une faible conicité et un filet de profil uniforme et de pas uniforme et une roue dentée conique ayant des dents dont les flancs sont en prise avec le filet de la vis sensiblement sur presque toutes leurs surfaces. Le réducteur possède par conséquent une grosse capacité de transmission de pu issance par rapport à ses dimensions.
Jusqu'à maintenant, on a pensé qu'il n'était pas possible d'obtenir un contact convenable des dents dans un réducteur de ce type; mais la demanderesse a découvert que la partie des flancs de dents de la roue dentée qui peut être amenée à être en prise avec le filet de la vis dépend du pas de la vis, de sorte qu'en donnant au pas une valeur critique définie ci-dessous, le contact des dents est presque complet.
Pour fabriquer le réducteur suivant l'invention, on peut usiner facilement la vis sans fin conique sur des machines classiques du fait de sa conicité uniforme et de l'uniformité de son filet. En même temps, on peut utiliser ces machines à la fabrication d'une fraise-mère ayant la même forme qu'une vis sans fin. On utilise cette fraise-mère pour engendrer les dents de la roue dentée par des procédés connus. Cette opération engendrerait ordinairement les congés et sur-faces en dépouille sur la roue dentée qui n'entreraient pas en contact avec le filet de la vis sans fin au cours du fonctionnement du réducteur, ce qui lui conférerait une faible aptitude à transmettre la puissance.
Cependant, suivant l'invention, on évite les congés et les surfaces en dépouille dans les dents de la roue dentée en donnant une relation critique au pas de la vis sans fin par rapport au rapport de réduction de vitesse du réducteur et à la position de la vis sans fin par rapport à la roue dentée.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description d'une forme particulière de réalisation donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif et avec référence aux dessins annexés, sur lesquels : les figs. 1 et 2 sont des schémas de réducteur suivant l'inven tion montrant les dimensions importantes qui déterminent le pas de la vis sans fin;
la fig. 1 est dessinée dans un plan qui contient l'axe de la vis sans fin et la perpendiculaire commune aux axes de la vis sans fin et de la roue dentée, et la fig. 2 est dessinée dans le plan parallèle aux axes de la vis sans fin et de la roue dentée et perpendiculaire à la perpendi- culaire commune aux axes.
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la fig. 3 est une vue de face du côté concave de l'une des dents de la roue dentée, vue du centre de courbure de la dent, la fige 3a est une coupe transversale d'une dent de la roue den- tée suivant la ligne 3a - 3a de la fige 3, les figs. 4, 4a et 5 sont des vues semblables aux figs 3 et 3a montrant la dent que l'on obtiendrait sur la roue si le pas de la vis-mère s'écartait de la valeur critique dans un sens ou dans l'autre, la fig.
6 est une vue de profil du réducteur suivant l'inven- tion dans lequel l'angle entre les axes de la vis sans fin et de la roue den- tée est de 90 et montre un montage de la vis sans fin et de la roue. la fig. 7 est une coupe verticale suivant la ligne 7-7 de la fige 6. la fige 8 est une vue en perspective d'une partie de la roue dentée avec coupe axiale de la vis sans fin.
Le réducteur représenté consiste en une roue dentée 10 ayant des dents 11 sur l'une de ses faces et une vis sans fin tronconique 20 ayant un ou plusieurs filets 21 en prise avec ces dents. Les axes de la roue et de la vis sans fin sont obliques, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas parallèles et qu'ils ne se coupent pas.
On peut déterminer très facilement la position de la vis sans fin par rapport à la roue en se référant à la ligne 6, qui est perpendicu- laire à la fois à l'axe 2 de la vis sans fin et à l'axe 1 de la roue, et au point d'intersection 0 de cette ligne avec l'axe de la vis. Comme représenté à la fig. 1, la vis se trouve entièrement d'un côté de la perpendiculaire commune 6 et sa petite extrémité 26 est située assez près de cette ligne pour placer le sommet 28 d'une surface conique contenant une surface exté- rieure du filet 21 et le sommet 29 d'une surface conique contenant la surface des creux de son filet 21 du côté opposé de cette ligne.
On peut utiliser les dimensions suivantes, indiquées sur les figs 1 et 2, pour déterminer avec précision la position de la vis par rapport à la roue : la distance C entre l'axe de la vis et l'aze de la roue mesurée le long de la perpendiculaire commune aux deux axes, qui est inférieure à R, rayon extérieur de la roue; l'angle E entre les axes de la vis et de la roue, mesuré à par- tir de l'axe de la vis dans un plan parallèle aux deux axes, comme indiqué sur la fig. 2.
Cet angle doit être compris entre 45 et 135 , et, dans bien des cas, il conviendra de lui donner une valeur de 90 ; la distance x1 à partir de la petite extrémité de la vis au point 0 de la perpendiculaire commune 6 ; la distance x2 de la grosse extrémité de la vis audit point 0 ; la distance à dudit point 0 au sommet de la surface conique con- tenant la surface extérieure du filet de la vis.
La forme de la vis sans fin 20 est un tronc de cône d'une coni- cité modérée, c'est-à-dire que l'angle T compris entre la génératrice du cô- ne des sommets des filets et son axe.: est petit. Le filet 21 de la vis 20 a un pas uniforme L et une section transversale uniforme, ainsi qu'une hauteur uniforme. Pour les vis à plusieurs filets, le pas axial ou distance entre deux filets adjacents est égal au pas réel divisé par le nombre de fi- lets, ou L/N comme indiqué sur le dessin. Dans la vis sans fin particulière représentée, il y a trois filets, de sorte que le pas axial (pas apparent) est L/3.
La section du filet est déterminée par l'angle de pression ¯n du côté haut du filet, c'est-à-dire le flanc tourné vers la grosse extrémité de la vis, et l'angle de pression ., du côté bas du filet, c'est-à-dire le flanc tourné vers la petite extrémité de la vis.
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Il est facile de fabriquer le réducteur en utilisant des machines ordinaires à tailler et à rectifier pour former la vis sans fin 20 tronconique et une fraise-mère de mêmes dimensions et de même forme que la vis sans fin. On utilise alors cette fraise-mère pour tailler les dents 11 de la roue dentée 10 en la faisant avancer par rapport à la roue dans la même position que celle de la vis sans fin par rapport à la roue dans le réducteur terminé représenté aux figs. 1 et 2. Au cours de la taille, on fait tourner la fraise-mère et l'ébauche de roue autour de leurs axes.
Le nombre de tours de la fraise-mère pendant chaque tour de l'ébauche de roue détermine le rapport entre le nombre de dents taillées sur la roue et le nombre de filets de la fraise-mère et détermine ainsi le rapport de réduction K du réducteur terminé.
L'opération de taille par fraise-mère que l'on vient de décrire se traduit en général par la formation de dents sur la roue ayant des congés ou parties en dépouille inactives indésirables, de sorte qu'on n'obtient pas une roue satisfaisante. La demanderesse a découvert que l'on peut remédier à cet inconvénient en donnant au pas du filet de la vis et de la fraise-mère une relation critique par rapport au rapport de réduction du réducteur et aux coordonnées qui déterminent la position et la forme de la vis. De cette façon, on peut étendre une coopération utile entre le filet de la vis sensiblement à toutes les surfaces de flanc des dents de la roue.
La valeur critique du pas L du filet de la vis mesurée le long de son axe est donnée par l'équation suivante :
EMI3.1
Lorsqu'on utilise cette équation, on peut donner à x toute valeur comprise entre x1 et x2, de sorte qu'elle représente la distance de la perpendiculaire commune a un point intermédiaire de la vis sans fin, mais dans la plupart des cas, et en particulier lorsque le rapport de réduction est inférieur à 30 : 1, il est souhaitable de choisir.. entre x1 et (x + x2) /2 de sorte qu'elle représente la distance entre la perpendiculaire commune et un point de la vis compris entre son milieu et sa petite extrémité. Le pas doit aussi être dans le bon sens. Pour la position relative de la vis sans fin et de la roue représentée sur le dessin, le pas doit être à droite.
Si la roue dentée doit porter de l'autre coté de la vis, comme indiqué en poi n- tillé sur la fige 2, ou si l'on apporte dans le montage toute autre modifi- cation qui se traduit par une modification analogue de la position relative le pas doit être un pas à gauche.
L'angle entre l'axe de la roue et l'axe de la vis est détermi- né habituellement par la disposition qui convient le mieux dans la machine où le réducteur doit être utilisé. Dans de nombreux cas, il convient de disposer ces axes à angle droit. Dans ce cas, on peut simplifier la formu- le du pas critique. Lorsque l'angle E des axes est de 90 , cotg E devient 0 et cosec E devient 1.
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En utilisant Inéquation (2), comme en utilisant l'équation (1) on peut donner à x toute valeur comprise entre x1 et x2, mais on lui donne de préférence une valeur comprise entre x1 et (x1+x2) /2.
Afin que le pas critique spécifié dans les équations ci-dessus puisse avoir son effet attendu, à savoir de supprimer sensiblement les congés inactifs des dents de la roue, le rapport de vitesse doit être supérieur à 9 : 1, et il faut apporter un certain soin dans le choix de la position et de la forme de la vis sans fin.
Le rapport des vitesses IL du réducteur représenté est de 20.
La roue a 60 dents et la vis trois filets ou un filet triple. Lorsqu'on réduit le rapport des vitesses, la vis sans fin devient plus difficile à fabriquer et la fraise mère, même si elle présente le pas critique, tend à créer des congés sur les dents de la roue. Pour ces raisons, le rapport des vitesses ne doit pas être inférieur à 9. Par ailleurs, on peut augmenter le rapport de vitesse jusqu'à 20 sans introduire de difficultés ni d'inconvénients jusqu'au moment où le filet et les dents deviennent trop fins pour transmettre convenablement la puissance. Sur de gros réducteurs, on peut atteindre pratiquement des rapports de réduction de 200.
L'angle de T du cône ou de conicité est de 10 dans le réduc- teur représenté. Il est souhaitable d'avoir un angle de conicité qui atteint 10 ou même 15 lorsque les rapports de réduction sont inférieurs à 15. Par ailleurs, dans le cas de grands rapports de réduction, on peut réduire l'angle de conicité jusqu'à 2 , bien que l'angle de 10 soit plus souhaitable. On peut donner aux dimensions x1, x2 et a qui, avec l'angle de conicité T, déterminent la dimension de la vis sans fin, toute valeur désirée, pourvu évidemment que la longueur de la vis sans fin (x2 - x1) soit assez grande pour embrasser les dents de la roue. Dans l'exemple particulier représenté x1 = 50,8 mm, x2 = 127 mm et a = 101,6 mm.
L'angle de pression ¯n du côté haut du filet de la vis sans fin représenté est de 30 . Cette valeur n'est pas critique, mais pour éviter des congés inactifs sur la roue, l'angle de pression du côté haut doit être d'au moins 20 . Il faut maintenir l'angle en-dessous de 45 afin d' éviter de fortes pressions inutiles sur les dents pendant le fonctionnement du réducteur.
L'angle de pressin ¯ du côté bas du filet dans le réducteur représenté est de la . Cette valeur n'est pas critique et on peut réduire l'angle à 0 , bien que ceci tende à introduire des difficultés dans la rec- tification de la vis. Par ailleurs, il faut maintenir l'angle en dessous de 20 afin d'éviter de courts profils de dents et de fortes pressions sur les dents.
Le rapport C/R de la distance entre les axes au rayon extérieur de la roue détermine à la fois l'étendue de la zone de contact des dents et les pressions désirées sur les dents. Dans le réducteur représenté, le rayon extérieur R de la roue est de 158 mm et la distance C est de 10116 mm, de sorte que le rapport C/R est égal à 0,643, mais il n'est pas critique.
C doit toujours être inférieur à R, mais il suffit qu'il soit légèrement inférieur à R lorsque l'angle des axes E est petit, et il peut être seulement de un tiers de R lorsque E est grand. Quand les axes sont orthogonaux, la valeur la plus avantageuse de C/R dépend du rapport de réduction et l'on Peut
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dire en général que lorsque le rapport de réduction est supérieur à celui du réducteur représenté, il est souhaitable de choisir le rapport C/R entre
0.8 et 0,6, tandis que pour des rapports de réduction plus faible, il est souhaitable que le rapport C/R soit compris entre 0,6 et 0,4.
On a montré sur les figs. 3, 4 et 5 l'importance de la valeur critique du pas réel de la vis sans fin dans des réducteurs dont le rapport et les dimensions se trouvent dans les limites précitées. Ces figures mon- trent l'un des flancs d'une dent taillé sur la roue par le filet de la frai- se-mère. Les figs. 3a et 4a montrent la forme des dents en coupe transver- sale. Les faces des congés Inactifs 11x, 11y formés sur la dent sont indi- quées par des parties hachurées sur le dessin. La fig. 5 montre la forme des dents taillées dans la roue pour le réducteur qui est représenté. Les figs 4 et montrent la forme des dents qui seraient taillées dans la roue d'un réducteur ayant exactement les mêmes dimensions dans le cas où le pas s'écarterait de la valeur critique.
Les figs 4 et 4a montrent l'effet de 1' augmentation du pas au-delà de la valeur critique. La fig. 5 montre l'ef- fet d'un pas inférieur à la valeur critique. Il convient de remarquer que les dents représentées aux figs 4 et 5 présentent des congés inactifs qui réduisent sensiblement leurs flancs actifs. Par contre, la fige 3 montre que lorsqu'on utilise un pas de valeur critique, toute la surface latérale des roues de la dent contribue sensiblement à porter sur le filet de la vis et il ne se forme pas de congés appréciables. Ce contact complet des dents donne au réducteur une grande aptitude à transmettre une grande puis- sance. De plus, l'absence de dépouille et de congés sur la roue permet le moulage facile sur la roue d'une matrice au moyen de laquelle on peut couler ou mouler sous pression des roues dentées en matière plastique.
Le réducteur que l'on vient de décrire possède de nombreux avantages pratiques Importants par rapport au réducteur du type utilisé couramment, ainsi que par rapport à différents types que l'on a proposés. La surface de contact des dents entre le filet de la vis et les dents de la roue est beaucoup plus grande que celle que l'on peut obtenir avec une vis sans fin cylindrique en prise avec des dents taillées dans la périphérie d'une roue. Par ailleurs, on peut fabriquer le nouveau réducteur aussi facilement et d'une façon aussi économique que le réducteur à vis sans fin ordinaire et beaucoup plus économiquement que divers types spéciaux de réducteur qui ont été étudiés pour procurer un plus large contact des dents,tel que par exemple le réducteur à vis globique.
Le graissage du présent réducteur est bien supérieur à celui du réducteur à vis sans fin ordinaire, du fait que les lignes de contact 31 entre les filets et les dents de la roue sont transversales et presque perpendiculaires à la direction du mouvement relatif de glissement des dents (comme Indiqué sur la fig. 8), de sorte que la pellicule d'huile est entrenée là où elle doit être utilisée. Tel n'est pas le cas pour le réducteur à vis sans fin ordinaire, et bien qu'il soit valable dans une certaine mesure pour le réducteur dit "hypoide", un tel réducteur est incapable de fournir un grand rapport de réduction.
Les forces exercées sur la vis du présent réducteur sont dirigées principalement le lohg de l'axe de la vis, de sorte que les moments de flexion sur l'arbre de la vis sont petits. Ceci présente l'avantage de permettre un montage enporte-à-faux commode de la vis, comme représenté aux figs. 6 et 7.
Les figs 6 et 7 montrent un montage souhaitable pour maintenir la vis et la roue en position relative convenable dans le cas où leurs axes sont orthogonaux. Le montage comporte un bâti creux 30 sur lequel sont fixés des ensembles distincts de roue et de vis sans fin. L'ensemble de roue comporte un arbre 12 sur lequel est clavetée la roue 10 et deux paliers 13 fixés dans des ouvertures de chaque coté du bâti 30 et'contenant des roulements à galets 14 pour l'arbre de la roue de chaque coté de la roue 10.
L'ensemble de vis comprend l'arbre de vis 22 sur une extrémité duquel est montée la vis sans fin 20, et un support de palier 23 fixé dans
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une ouverture pratiquée dans une extrémité du bâti 30. Le palier 23 contient des roulements à billes 24 distincts qui supportent l'arbre de la vis sans fin. Comme représenté, ce support est du type en porte-à-faux qui ne nécessite aucune portée pour l'arbre 22 de la vis du côté de la petite extrémité 26 de la vis 20. Un écrou 25 vissé sur l'arbre 22 bloque la grosse extrémité 27 de la vis 20 contre les bagues intérieures du roulement à bil- les 24.
Un certain nombre d'avantages spéciaux résultent du fait que le filet de la vis a un pas uniforme et un profil uniforme, tandis que le corps dans lequel elle est taillée présente une conicité graduelle. En raison de cette formation, les spires successives du filet de la vis ne diffèrent entre eux que par un léger accroissement de rayon. Il s'ensuit que lorsque la vis est montée sur la face de la roue, on peut faire varier au moyen d'un léger réglage axial de la vis, la profondeur à laquelle les filets entrent dans les creux des dents de la roue, et qu'un tel réglage n'affecte en aucune façon le contact direct des dents du fait de l'identité du profil des filets successifs de la vis.
Ceci se traduit par trois avantages particuliers : (1) Tout d'abord, la mise en position très exacte des axes de la roue et de la vis, qui est nécessaire dans un réducteur à vis sans fin ordinaire, est inutile, car, après que les arbres et les paliers ont été assemblés, on peut régler la pénétration du filet de la vis dans les creux des dents de la roue en réglant simplement la position axiale de la vis.
C'est pour cette raison que la vis et la roue, avec leurs arbres et leurs portées, peuvent constituer des ensembles séparés que l'on peut fixer séparément sur un bâti de support, comme représenté aux figs. 6 et 7.
(2 ) Un second avantage réside en ce qu'on peut utiliser un réglage axial analogue pour régler le jeu et particulièrement pour rattraper le jeu après usure. Ainsi , avec le montage représenté à la fig. 6, on peut rattraper le jeu résultant de l'usure en desserrant simplement l'écrou 25 et en insérant une cale ou entretoise entre la grosse extrémité 27 de la vis et les bagues intérieures des roulements à billes 24.
(3) Un troisième avantage assure une économie de fabrication car il se manifeste au cours de la taille des dents de la roue. Dans le cas de réducteurs à vis sans fin ordinaires, l'affûtage des filets de la fraise-mére qui taille la roue modifie nécessairement le profil et la profondeur des dents formées sur la roue, de sorte qu'il est impossible d'utiliser une seule fraise-mère pour tailler un grand nombre de roues avec précision. On évi- te cet inconvénient dans la fabrication du présent réducteur car, après avoir affûté la fraise-mère pour la taille des dents de la roue, il suffit de procéder à un faible réglage axial de la fraise pour lui permettre de tailler des dents exactement au même profil et à la même profondeur que celles obtenues avant l'affûtage.
Un autre avantage provient du fait que la distance entre les axes de la roue et de la vis est très inférieure aux rayons de la roue, au lieu de lui être supérieure comne dans le cas du réducteur à vis sans fin ordinaire. C'est la distance relativement courte qui sépare les deux axes qui permet de réaliser le réducteur et son montage sous la forme de la structure compacte représentée aux figs. 6 et 7.
A ce propos, il convient de remarquer que la capacité de charge du nouveau réducteur dépend beaucoup moins de la distance des axes des deux parties que dans le cas d'un réducteur à vis sans fin ordinaire. Ceci est dü au fait que l'étendue du contact des dents dépend du pas de la vis plutôt que de l'entr'axe, et il est très simple de choisir le pas convenable d' après l'équation précitée après avoir choisi cet entr'axe. De ce fait, lorsque l'espace disponible pour le réducteur est limité par d'autres caractéristiques de construction d'une machine dans laquelle le réducteur doit être incorporé, on peut déterminer l'entr'axe pour permettre de loger le réducteur dans l'espace qui lui est assigné, et l'on peut choisir le pas de façon à ob-
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tenir un contact des dents complet et une grande capacité de charge.