FR3134158A1 - Train d’engrenages epicycloïdal - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un train d'engrenages épicycloïdal autobloquant (1) qui comprend un pignon (2) avec au moins une dent d'engrenage (21), une couronne (3) avec une pluralité de dents d'engrenage (31) et une pluralité de satellites (4) entre le pignon (2) et la couronne (3). Chaque satellite (4) comprend une pluralité de dents d'engrenage (41) qui s'engagent avec les dents d'engrenage (31, 21) de la couronne (3) et du pignon (2). Les dents d'engrenage (21, 31, 41) sont profilées de telle sorte que, en service, la mise en rotation du pignon (2) induit une mise en rotation correspondante des satellites (4), alors que la mise en rotation des satellites (4) induit une force (F2/1) qui est insuffisante pour induire une rotation correspondante du pignon (2). Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
L’invention concerne le domaine des trains d'engrenages épicycloïdaux. Plus précisément, mais pas exclusivement, cette invention concerne aussi un ensemble d'entraînement comprenant un moteur couplé au pignon d’un train d'engrenages épicycloïdal et un moteur tubulaire comprenant l’ensemble.
Il est connu de fournir un ensemble moteur tubulaire comprenant un moteur couplé au pignon d’un train d'engrenages épicycloïdal, par exemple dans des installations d'éléments enroulables motorisées.
Il est également connu d'utiliser de tels ensembles moteurs tubulaires dans les installations de volets motorisés. EP3470616A1 décrit une telle installation dans laquelle l’ensemble moteur tubulaire comprend un train d'engrenages épicycloïdal entraîné par un moteur sans balais.
L'invention vise à atténuer les problèmes observés lors de l'utilisation d’ensembles moteurs avec des trains d'engrenages épicycloïdaux dans des applications où la réversibilité n'est pas souhaitable (l’entrainement de l’entrée du réducteur par la rotation de la sortie n’est pas souhaitable).
L'invention concerne un train d'engrenages épicycloïdal autobloquant comprenant : un pignon avec au moins une dent d'engrenage ; une couronne avec une pluralité de dents d'engrenage ; et un ou plusieurs satellites entre le pignon et la couronne, le ou chaque satellite comprenant une pluralité de dents d'engrenage qui s'engagent avec les dents d'engrenage de la couronne et du pignon. Selon l’invention, les dents d'engrenage sont profilées de telle sorte que, en service, la mise en rotation du pignon induit une mise en rotation correspondante du ou des satellites, alors que la mise en rotation du ou des satellites induit une force qui est insuffisante pour induire une rotation correspondante du pignon.
Ainsi, l'invention fournit un train d'engrenages épicycloïdal avec des profils d'engrenages qui assurent une fonction d'autoblocage lorsque la sortie du réducteur est menante. Cette fonction d’autoblocage est donc particulièrement utile dans des applications où la sortie du réducteur peut être menante. Cela peut par exemple être le cas lorsque le train d'engrenages est couplé à un moteur sans balais.
En outre, cela permet d'obtenir des rapports de réduction élevés.
La mise en rotation, en service, du pignon peut induire une force effective s'étendant à distance du centre du ou de chaque satellite, de manière à induire une mise en rotation correspondante du ou des satellites. La mise en rotation du ou des satellites peut induire une force effective passant au voisinage du centre du pignon, de manière à ne pas induire de rotation correspondante du pignon.
Les dents peuvent être hélicoïdales.
La dent ou chaque dent du pignon peut toujours être en contact avec au moins une dent du ou de chaque satellite. L’angle d’hélice et la largeur des engrenages peuvent être ajustés de sorte que la dent ou chaque dent du pignon peut toujours être en contact avec au moins une dent du ou de chaque satellite.
La dent ou chaque dent du pignon peut toujours être en contact avec au moins deux dents du ou de chaque satellite. L’angle d’hélice et la largeur (b) des engrenages peuvent être ajustés de sorte que la dent ou chaque dent du pignon peut toujours être en contact avec au moins deux dents du ou de chaque satellite.
La dent ou chaque dent du pignon peut toujours être en contact avec au moins trois dents du ou de chaque satellite. L’angle d’hélice et la largeur (b) des engrenages peuvent être ajustés de sorte que la ou chaque dent du pignon peut toujours être en contact avec au moins trois dents du ou de chaque satellite.
Au moins deux dents du ou de chaque satellite peuvent toujours être en contact avec les dents respectives de la couronne.
L'angle d'hélice des dents du ou des satellites et/ou de la couronne peut être d'au moins 20º. L'angle d'hélice des dents du ou des satellites et/ou de la couronne peut être entre 20º et 40º. L'angle d'hélice des dents du ou des satellites et/ou de la couronne peut être entre 25º et 35º, par exemple environ 30º.
Le pignon peut comprendre trois dents ou moins. Le pignon peut comprendre deux dents ou moins. Le pignon peut comprendre une seule dent.
Les dents d'engrenage peuvent être profilées de telle sorte que l'angle de pression commun au ou à chaque satellite et au pignon est telle que, en service, la mise en rotation du pignon induit une mise en rotation correspondante du ou des satellites, alors que la mise en rotation du ou des satellites induit une force qui est insuffisante pour induire une rotation correspondante du pignon
L'invention concerne aussi un train d'engrenages épicycloïdal autobloquant comprenant : un pignon avec au moins une dent d'engrenage ; une couronne avec une pluralité de dents d'engrenage ; et un ou plusieurs de satellites entre le pignon et la couronne, le ou chaque satellite comprenant une pluralité de dents d'engrenage qui s'engagent avec les dents d'engrenage de la couronne et du pignon ; dans lequel l'angle de pression commun au ou à chaque satellite et au pignon est sélectionné, de telle sorte que, en service, la mise en rotation du pignon induit une mise en rotation correspondante du ou des satellites, alors que la mise en rotation du ou des satellites induit une force qui est insuffisante pour induire une rotation correspondante du pignon.
L'angle de pression, notamment l’angle de pression apparent (aussi appelé « transverse pressure angle » en terminologie anglaise), commun au ou à chaque satellite et au pignon peut être compris entre 30º et 60º, par exemple environ 35º. L'angle de pression, notamment l’angle de pression apparent, commun au ou à chaque satellite et au pignon peut être compris entre 35º et 55º. L'angle de pression, notamment l’angle de pression apparent, commun au ou à chaque satellite et au pignon peut être compris entre 35º et 45º. L’angle de pression, notamment l’angle de pression apparent, commun au ou à chaque satellite et au pignon est de préférence compris entre 35º et 40º.
Les dents d'engrenage du pignon et/ou du ou des satellites peuvent être choisies de telle sorte que le coefficient de frottement, en service, entre elles soit compris entre 0,08 et 0,14. De préférence, les dents d'engrenage du pignon et/ou du ou des satellites peuvent être sélectionnées de telle sorte que le coefficient de frottement, en service, entre elles soit compris entre 0,10 et 0,12, par exemple environ 0,11.
Les dents d'engrenage du ou des satellites et/ou de la couronne peuvent également être choisies de telle sorte que le coefficient de frottement, en service, entre elles soit compris entre 0,08 et 0,14, de préférence entre 0,10 et 0,12, par exemple environ 0,11.
Le ou les satellites comprend au moins trois satellites, par exemple quatre satellites. Le ou les satellites peut comprendre une pluralité de satellites. La pluralité de satellites peut comprendre au moins trois satellites, par exemple quatre satellites.
La couronne peut comprendre au moins une cannelure, par exemple pour s'engager dans un logement tubulaire à l'intérieur duquel le train d'engrenages épicycloïdal autobloquant doit être reçu.
L'invention concerne également un ensemble d'entraînement comprenant un moteur couplé au pignon d’un train d’engrenages épicycloïdal autobloquant tél que décrit ci-dessus.
Le moteur peut comprendre un moteur sans balai (aussi appelé « brushless motor » en terminologie anglaise). L’ensemble d’entraînement peut comprendre un premier étage formé par le train d'engrenages épicycloïdal autobloquant. L'ensemble d'entraînement peut comprendre un deuxième étage de train d'engrenages épicycloïdal. L'ensemble d'entraînement peut comprendre un ou plusieurs étages supplémentaires de train d'engrenages épicycloïdal. Le deuxième étage ou les étages supplémentaires du train d'engrenages épicycloïdal peuvent ne pas être autobloquants.
L'invention concerne également un ensemble moteur tubulaire comprenant un ensemble d'entraînement tel que décrit ci-dessus.
Pour éviter tout doute, toutes les caractéristiques décrites ici s'appliquent également à tout aspect de l'invention.
Dans le cadre de la présente demande, il est expressément prévu que les divers aspects, modes de réalisation, exemples et alternatives exposés dans les paragraphes précédents, dans les revendications et/ou dans la description et les dessins suivants, et en particulier les caractéristiques individuelles de ceux-ci, peuvent être pris indépendamment ou dans n'importe quelle combinaison. En d'autres termes, tous les modes de réalisation et/ou les caractéristiques de tout mode de réalisation peuvent être combinés de n'importe quelle manière, à moins que ces caractéristiques ne soient incompatibles.
Pour éviter toute ambiguïté, les termes "peut", "et/ou", "par exemple", "par exemple" et tout autre terme similaire utilisés dans le présent document doivent être interprétés comme non limitatifs, de sorte que toute caractéristique ainsi décrite ne doit pas nécessairement être présente. En effet, toute combinaison de caractéristiques optionnelles est expressément envisagée sans s'écarter de la portée de l'invention, que celles-ci soient ou non expressément revendiquées. Le demandeur se réserve le droit de modifier toute revendication déposée à l'origine ou de déposer toute nouvelle revendication en conséquence, y compris le droit de modifier toute revendication déposée à l'origine pour qu'elle dépende de et/ou incorpore toute caractéristique de toute autre revendication bien qu'elle ne soit pas revendiquée à l'origine de cette manière.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
Différents aspects de différents modes de réalisation selon l’invention sont décrits plus en détail ci-dessous, en faisant référence aux figures 1 à 13 jointes.
Les figures 1 à 3 illustrentune vue d’ensemble d’un train d'engrenages épicycloïdal autobloquant 1 selon l'invention. Ce train d’engrenage comprend :
- un pignon 2 avec au moins une dent d'engrenage 21 ;
- une couronne 3 avec une pluralité de dents d'engrenage 31 ; et
- une pluralité de satellites 4 entre le pignon et la couronne, chaque satellite comprenant une pluralité de dents d'engrenage 41 qui s'engagent avec les dents d'engrenage (21, 31) de la couronne et du pignon.
Le train d'engrenages est monté sur un support 11, qui comprend un essieu 12 sur lequel le pignon 2 est monté et un essieu 14 respectif pour chaque satellite 4. L'homme du métier comprendra que le pignon 2 comprendra un dispositif d'accouplement (non représenté) pour l'accouplement à un moteur en cours d'utilisation. Le support 11 comprend aussi un engrenage de sortie 16.
Sur la est illustré de manière schématique l’application d’au moins une force effective F1/2de contact du pignon 2 sur un satellite 4, et une force inverse F2/1du satellite 4 au pignon 2. L’application des forces mises sont détaillées ci-après en relation avec les figures 4 à 11.
Les figures 4 à 11 (plus détaillées ci-après)illustrent les profils des dents et les différentes forces effectives de contact mises en jeu au niveau des dents d’engrenage (21, 31, 41) du train d'engrenages épicycloïdal autobloquant 1.
Selon l’invention, de manière avantageuse, les dents d'engrenage du train d'engrenages épicycloïdal autobloquant 1 sont profilées de telle sorte que, en service, la mise en rotation du pignon induit une mise en rotation correspondante des satellites, alors que la mise en rotation des satellites induit une force qui est insuffisante pour induire une rotation correspondante du pignon.
Ainsi, l'invention fournit un train d'engrenages épicycloïdal avec des profils d'engrenages qui assurent une fonction d'autoblocage (ou « self-locking »). Cela permet d'obtenir des rapports de réduction élevés et d’empêcher que le moteur soit entrainé lorsque la sortie est menante, ce qui peut être utile dans certaines applications, par exemple lorsque le train d'engrenages est couplé à un moteur sans balais à faible cogging (couple magnétique résistant) voire à cogging nul.
Tel qu’illustré sur les figures 3 et 4, la mise en rotation, en service, du pignon 2 peut induire une force effective F s'étendant à distance du centre de chaque satellite 4, de manière à induire une mise en rotation correspondante des satellites 4. La mise en rotation des satellites 4 peut induire une force effective passant au voisinage du centre du pignon 2, de manière à ne pas induire de rotation correspondante du pignon 2.
Sur les figures 3 et 4 :
- FN1/2correspond à la force du pignon 2 sur une roue satellite 4 sans tenir compte du frottement. Cette force est normale à une surface de contact entre la dent 21 du pignon et la dent 41 du satellite, et alignée selon une ligne d’action L définie comme étant une tangente à un rayon de base rb2 du satellite passant par les points de contact entre la dent 21 du pignon et la dent 41 du satellite.
- F1/2est la force du pignon sur la roue satellite en tenant compte du frottement :
- φ est l’angle de frottement, angle formé entre les directions des deux forces FN1/2et F1/2
- tan(φ) est le coefficient de frottement
- rb2 est le rayon de base du satellite 4
- rb1 est le rayon de base du pignon 2
- d2 est la distance entre l’axe de la roue satellite 4 et l’orientation de la force F1/2. d2 est fonction de la position de la zone de contact entre une dent 21 du pignon et une dent 41 du satellite, de l’angle de pression et du coefficient de frottement
- d1 distance entre la force avec frottement F1/2et l’axe de rotation 20 du pignon 2. Si d1 nulle ou négative, cela correspond à une situation d’autoblocage (« self-locking »)
Nous allons maintenant détailler le rendement du dispositif :
Calcul du rendement avec le pignon 2 moteur :
Calcul du rendement avec la roue satellite 4 moteur :
Si tan(φ) est égal à zéro, alors le rendement est η de 1
Avantageusement, les dents peuvent être hélicoïdales.
Avantageusement, en relation avec les figures 4, 5, 7 et 9 et la largeur (b) des engrenages et de leur angle d’hélice :
- la dent ou chaque dent 21 du pignon 2 peut toujours être en contact avec au moins une dent 41 de chaque satellite 4 ;
- la dent ou chaque dent 21 du pignon 2 peut toujours être en contact avec au moins deux dents 41 de chaque satellite 4 ;
- la dent ou chaque dent 21 du pignon 2 peut toujours être en contact avec au moins trois dents 41 de chaque satellite 4.
Avantageusement, en relation avec les figures 6, 8 et 10, au moins deux dents 41 de chaque satellite 4 peuvent toujours être en contact avec les dents 31 respectives de la couronne 3.
Selon une variante de l’invention, l'angle d'hélice des dents 41, 31 des satellites 4 et/ou de la couronne 3 peut être d'au moins 20º.
Selon une autre variante de l’invention, l'angle d'hélice des dents 41, 31 des satellites 4 et/ou de la couronne 3 peut être entre 20º et 40º.
Selon une autre variante de l’invention, l'angle d'hélice des dents 41, 31 des satellites 4 et/ou de la couronne 3 peut être entre 25º et 35º, par exemple environ 30º.
Selon l’invention, le pignon 2 peut comprendre trois dents 21 ou moins.
Selon l’invention, pour améliorer l’autoblocage (ou « self-locking ») de manière significative, il a été constaté qu’il faut diminuer le nombre de dents 21 du pignon 2. Le nombre de dents 41 du satellite 4 n’ayant que peu d’impact sur les rendements, que ce soit en configuration satellite 4 motrice (pour laquelle le rendement reste très faible ou nul) ou pignon 2 moteur (pour laquelle le rendement reste très élevé).
Selon une variante de mise en oeuvre du pignon 2, le pignon 2 peut comprendre deux dents 21 ou moins.
Selon une autre variante de mise en œuvre du pignon 2 peut comprendre une seule dent 21.
Tel qu’illustré sur la , avantageusement, un angle de pression apparent commun à chaque satellite 4 et au pignon 2 peut être compris entre 30º et 60º, par exemple environ 35º.
Selon une variante, l'angle de pression apparent commun à chaque satellite 4 et au pignon 2 peut être compris entre 35º et 55º.
Selon une variante, l'angle de pression apparent commun à chaque satellite 4 et au pignon 2 peut être compris entre 35º et 45º.
Selon une autre variante, l'angle de pression apparent commun à chaque satellite 4 et au pignon 2 est de préférence compris entre 35º et 40º.
Par exemple, sur les figures 5 et 6, l’angle de pression apparent commun est de 35°, sur les figures 7 et 8 l’angle de pression est de 45° et sur les figures 9 et 10 l’angle de pression est de 55°.
Sur les figures 6, 8 et 10 est illustré une distance AB illustrant une longueur de contact (sur une ligne d’action correspondante) entre une dent d’un satellite 4 et une dente de la couronne 3.
Selon l’invention, il a été constaté que pour améliorer l’autoblocage (« self-locking) (roue motrice), il faut augmenter le rayon de la zone de contact (Ø tête pignon 2).
Selon l’invention, le rendement avec le pignon 2 moteur augmente peu sensiblement avec l’augmentation du rayon de la zone de contact.
En outre, pour améliorer l’autoblocage « self-locking », il a été constaté par les inventeurs qu’il faut augmenter l’angle de pression.
Également, de manière peu sensible néanmoins, pour améliorer le rendement avec le pignon 2 moteur, il faut diminuer l’angle de pression.
Les dents d'engrenage 21, 41 du pignon 2 et/ou des satellites 4 peuvent être choisies de telle sorte que le coefficient de frottement, en service, entre elles soit compris entre 0,08 et 0,14.
De préférence, les dents d'engrenage 21, 41 du pignon 2 et/ou des satellites 4 peuvent être sélectionnées de telle sorte que le coefficient de frottement, en service, entre elles soit compris entre 0,10 et 0,12, par exemple environ 0,11.
Les dents d'engrenage 41, 31 des satellites 4 et/ou de la couronne 3 peuvent également être choisies de telle sorte que le coefficient de frottement, en service, entre elles soit compris entre 0,08 et 0,14, de préférence entre 0,10 et 0,12, par exemple environ 0,11.
Selon l’invention, pour améliorer le rendement avec le pignon 2 moteur, il a été constaté par les inventeurs qu’il faut diminuer le coefficient de frottement.
Selon l’invention, l’ensemble de train d'engrenages épicycloïdal autobloquant 1 peut comprendre seulement un ou plusieurs satellites 4. Le ou les satellites 4 peut comprendre une pluralité de satellites 4. La pluralité de satellites 4 peut comprendre au moins trois satellites 4 par exemple quatre satellites 4.
La couronne 3 peut comprendre au moins une cannelure 5, par exemple pour s'engager dans un logement tubulaire à l'intérieur duquel le train d'engrenages épicycloïdal autobloquant doit être reçu.
Tel qu’illustré sur la , l'invention concerne en outre un ensemble d'entraînement 100 comprenant un moteur 10 couplé au pignon 2 du train épicycloïdal autobloquant 1 décrit ci-dessus. Le moteur 10 peut comprendre un moteur sans balai. L’ensemble d’entraînement 100 peut comprendre un premier étage formé par le train d'engrenages épicycloïdal autobloquant 1.
L’ensemble d'entraînement 100 peut comprendre un ou plusieurs étages supplémentaires de train d'engrenages épicycloïdaux 110, 120. Les étages supplémentaires 110, 120 peuvent ne pas être autobloquants.
L'invention concerne également un ensemble moteur tubulaire 1000 comprenant un ensemble d'entraînement 100 décrit ci-dessus.
L'homme du métier appréciera que plusieurs variantes des modes de réalisation précités soient envisageables sans sortir du cadre de l'invention.
Dans toute la description et les revendications de cette spécification, les mots "comprennent" et "contiennent" et leurs variations signifient "y compris mais non limité à", et ils ne sont pas destinés à (et n'excluent pas) d'autres parties, additifs, composants, entiers ou étapes. Dans toute la description et les revendications de cette spécification, le singulier englobe le pluriel, à moins que le contexte ne l'exige autrement. En particulier, lorsque l'article indéfini est utilisé, la spécification doit être comprise comme envisageant la pluralité ainsi que la singularité, à moins que le contexte n'exige autre chose.
Les caractéristiques, nombres entiers, caractéristiques, composés ou groupes décrits en liaison avec un aspect, une réalisation ou un exemple particulier de l'invention doivent être compris comme étant applicables à tout autre aspect, réalisation ou exemple décrit dans le présent document, sauf incompatibilité avec celui-ci. Toutes les caractéristiques divulguées dans la présente spécification (y compris les revendications, l'abrégé et les dessins qui l'accompagnent), et/ou toutes les étapes d'une méthode ou d'un procédé ainsi divulgué, peuvent être combinées selon n'importe quelle combinaison, à l'exception des combinaisons où au moins certaines de ces caractéristiques et/ou étapes sont mutuellement exclusives. L'invention n'est pas limitée aux détails de tous les modes de réalisation précédents. L'invention s'étend à toute nouvelle caractéristique, ou toute nouvelle combinaison, des caractéristiques divulguées dans la présente spécification (y compris les revendications, l'abrégé et les dessins qui l'accompagnent), ou à toute nouvelle caractéristique, ou toute nouvelle combinaison, des étapes de tout procédé ou processus ainsi divulgué.
1 train d'engrenages épicycloïdal autobloquant
10 moteur
11 support
12 essieu du pignon
14 essieu de la satellite
16 engrenage de sortie
100 ensemble d’entrainement
110 étage supplémentaire de train d'engrenages épicycloïdal
120 étage supplémentaire de train d'engrenages épicycloïdal
1000 moteur tubulaire
2 pignon
20 axe de rotation du pignon
21 dent du pignon
3 couronne
31 dent de la couronne
4 satellite
41 roue du satellite
5 cannelure
Claims (10)
- Un train d'engrenages épicycloïdal autobloquant (1) comprenant :
un pignon (2) avec au moins une dent d'engrenage (21) ;
une couronne (3) avec une pluralité de dents d'engrenage (31) ; et
un ou plusieurs satellites (4) entre le pignon et la couronne, le ou chaque satellite comprenant une pluralité de dents d'engrenage (41) qui s'engagent avec les dents d'engrenage de la couronne et du pignon ;
dans lequel les dents d'engrenage sont profilées de telle sorte que, en service, la mise en rotation du pignon induit une mise en rotation correspondante du ou des satellites, alors que la mise en rotation du ou des satellites induit une force qui est insuffisante pour induire une rotation correspondante du pignon. - Train d'engrenages épicycloïdal autobloquant selon la revendication 1, dans lequel les dents (21, 31, 41) sont hélicoïdales.
- Train d'engrenages épicycloïdal autobloquant selon la revendication 2, dans lequel la dent ou chaque dent (21) du pignon (2) est toujours en contact avec au moins une dent (41) du ou de chaque satellite (4).
- Train d’engrenages épicycloïdal autobloquant selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel au moins deux dents (41) du ou de chaque satellite (4) sont toujours en contact avec les dents (31) respectives de la couronne (3).
- Train épicycloïdal autobloquant selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le pignon (2) comprend une seule dent (21).
- Train d’engrenages épicycloïdal autobloquant selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l’angle de pression apparent commun au ou à chaque satellite (4) et au pignon (2) est compris entre 35º et 55º.
- Train d'engrenages épicycloïdal autobloquant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les satellites (4) comprend au moins trois satellites.
- Un ensemble d'entraînement (100) comprenant un moteur (10) couplé au pignon (2) d'un train d'engrenages épicycloïdal autobloquant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- Ensemble d'entraînement selon la revendication 8, dans lequel le moteur (10) comprend un moteur sans balai.
- Un ensemble moteur tubulaire (1000) comprenant un ensemble d'entraînement (100) selon la revendication 8 ou la revendication 9.
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