FR2467326A1 - Mecanisme de transmission de mouvements - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un mécanisme de transmission de mouvements. Ledit mécanisme comporte une couronne dentée solidaire du carter 54 et constituée par des dents 42, un élément tubulaire flexible denté 43 présentant un diaphragme 51 assujetti à un arbre de sortie 45 et un générateur d'ondes 35 pour mettre l'élément denté flexible 43 en prise avec la couronne dentée, le diaphragme 51 ayant une épaisseur comprise entre environ 1,0 et 2,0 % du diamètre interne de la partie tubulaire 44 de l'élément flexible 43. Application aux dispositifs d'entraînement du type harmonique. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne les mécanismes de

transmission de mouvements et plus particulièrement un engre-

nage dans lequel se produit un mouvement relatif entre un géné-

rateur d'ondes ellipso!dales et un élément denté tubulaire ou élément flexible d'une part1et un élément denté rigide ou élément circulaire 1d'autre part. Le mouvement se produit en introduisant et en faisant avancer une onde de déformation dans l'élément flexibleten insérant et en faisant tourner

le générateur d'ondes dans une région de contact ou de préfé-

rence dans plusieurs régions de contact entre les éléments

dentés respectifs et en faisant avancer la région de contact.

Plus spécialement, l'invention concerne un diaphragme consti-

tuant un élément flexible perfectionné qui est destiné à

maintenir,en fonctionnement/ un degré de déformation accepta-

ble associé à la flexion du diaphragme et à minimiser la déformation produite dans le diaphragme flexible par suite de l'application d'une force axiale qui s'exerce lorsque le générateur d'ondes est inséré dans l'alésage de l'élément flexible. D'une façon générale, les éléments flexibles sont constitués d'un élément flexible tubulaire ayant des dents externes près d'une de ses extrémités et un diaphragme se prolongeant radialement vers l'intérieur qui est fixé à l'extrémité opposée de l'élément tubulaire. Le diaphragme remplit deux fonctions: il atténue l'excursion axiale de

l'élément tubulaire à l'endroit o il est maintenu sous for-

me circulaire par le diaphragme et il constitue un moyen permettant de fixer l'élément flexible à un élément rigide qui peut être soit un élément rotatif de sortie, soit un

élément maintenu immobile. Tels qu'ils sont actuellement uti-

lisés dans les dispositifs d'engrenages à ondes de déforma-

tion, les éléments flexibles sont conçus en tenant compte des contraintes de fonctionnement. Ces- dernières comprennent la contrainte de flexion radiale dans la partie tubulaire de l'élément flexible et la contrainte de flexion axiale

dans le diaphragme. La contrainte de flexion axiale est pro-

voquée par l'extrémité diaphragme de l'élément tubulaire qui ne reste pas dans son plan, mais qui ondule plutôt lorsque l'extrémité dentée de l'élément tubulaire est déviée d'un état rond à-une forme ellipsoidale. L'ondulation se déplace vers le diaphragme le long de l'axe principal, tandis qu'elle

s'éloigne de ce dernier le long de l'axe secondaire.

Lorsque la forme ellipsoidale est mise en rotation, la configuration ondulée imposée au diaphragme par la partie tubulaire de l'élément flexible tourne également, l'excursion

maximale se produisant entre les axes principal et secondaire.

Pour minimiser la contrainte de flexion axiale dans le dia-

phragme de l'art antérieur, son épaisseur était maintenue

à une valeur minimale, mais suffisante pour trans-

mettre le couple maximal de sortie pour lequel l'élément

flexible était conçu. L'épaisseur du diaphragme utilisé pré-

cédemment correspondait à une proportion nominale de 0,8 y de l'alésage interne du tube constituant l'élément flexible eten général, cette épaisseur était-capable de supporter les

contraintes imposées au cours du fonctionnement.

De temps en temps, les éléments flexibles ont subi des défaillances à l'extrémité diaphragme pendant le fonctionnement de l'appareil et dans la région comprise entre la partie de montage et la partie flexible. Etant donné que les défaillances se produisaient pendant le fonctionnement,

on s'imaginait dans le passé que cétait la contrainte d'on-

dulation axiale qui provoquait la défaillance et que le moyen

le plus évident pour réduire cette contrainte en fonctionne-

ment était de diminuer l'épaisseur du diaphragme. Cependant, il s'est avéré que le monteur du système appliquait parfois par inadvertance une force axiale excessive pour ajuster la

partie tubulaire de l'élément flexible sur le générateur d'on-

des ellipsoidales. Etant donné que cette force axiale se ré-

percute dans le diaphragme de l'élément flexible, toute

force axiale excessive qui est appliquée provoque un affais-

sement et un bombement du diaphragme et,ainsi, il peut subsis-

ter des contraintes résiduelles dans le diaphragme- qui peuvent être la cause de sa défaillance au cours du fonctionnement ultérieur. Il s'est révélé possible d'obtenir un diaphragme

perfectionné en augmentant l'épaisseur à une valeur prédéter-

minéequi accroit légèrement la contrainte de flexion en fonctionnement par rapport au niveau actuel, mais qui diminue

dans une large mesure la contrainte introduite pendant l'opé-

ration de montage, en minimisant ainsi la possibilité qu'il subsiste des contraintes résiduelles après l'opération de

montage, ce qui n'était pas connu jusqu'à présent.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue de côté, en partie en

coupe longitudinale d'un dispositif de transmission de mou-

vements selon la présente invention;

la figure 2 est une coupe longitudinaled'un élé-

ment flexible montrant une position non déformée et deux flexions dues à la révolution du générateur d'ondes ellipsoïdales;

la figure 3 est une coupe longitudinale d'un géné-

rateur d'ondes et d'un élément flexible montrant les forces exercées lorsque l'élément flexible et le générateur d'ondes sont montés l'un sur l'autre; la figure 3a montre une variante du moyen destiné à réunir l'arbre de sortie à l'élément flexible, et la figure 4 est un diagramme donnant des courbes

indiquant la contrainte de flexion exercée sur des diaphrag-

mes d'épaisseur variable et illustrant aussi les contraintes

dues aux forces axiales imposées lors de l'assemblage du généra-

teur d'ondes et de l'élément flexible.

On va examiner maintenant la figure 1 qui repré-

sente un mécanisme de transmission de mouvements présentant

un arbre d'entrée 30 tourillonnant en 31 dans un corps 32.

Ce dernier est fixé à un carter 54 par des boulons 55 après

l'assemblage du dispositif. Un générateur d'ondes ou de dé-

formations 35 est bloqué sur l'arbre par un écrou 33 en prise avec un filetage 34. Avantageusement, le générateur d'ondes a une forme ellipsoidale et sur ledit générateur est montée à la presse une piste interne flexible 36 qui prend la forme ellipsoidale du générateur d'ondes 35. La piste 36 supporte des billes de roulement 37 de diamètre uniforme qui entrent en contact avec une piste externe 38 de nature flexible et ajustée sur la face interne de la partie tubulaire 44 d'un élément denté flexible 43 présentant des dents externes 41 engrenant avec des dents internes 42. Ces dernières forment une couronne dentée qui est disposée sur la face interne du carter 54. L'élémen't flexible comporte une partie tubulaire flexible 44 reliée à un diaphragme 51 qui est lui-même relié à un arbre de sortie 45. Ce dernier tourillonne dans des pa- liers 46 disposés dans un corps 47. L'extrémité interne de l'arbre de sortie 45 est assujettie au diaphragme 51 par deux colliers 52a et 52b qui sont en contact avec les deux côtés du diaphragme 51 et qui sont fixées ensemble par des

la boulons 53. Les périphéries des colliers 52a et 52b délimi-

tent une partie inflexible du diaphragme 51, tandis que le

reste de ce dernier est relativement flexible.

En fonctionnement, lorsque l'arbre d'entrée 30 tourne, il fait tourner le générateur d'ondes 35 à l'intérieur

des billes de roulement 37 et de la piste 38. L'élément flexi-

ble 44 est dévié élastiquement au contact de deux régions espacées,dans le cas d'un ensemble à deux lobes ou de trois régions,dans le cas d'un ensemble à trois lobes,par rapport aux dents internes 42 assujetties au carter 54. Le mouvement de l'arbre d'entrée 30 provoque une rotation relative de

l'arbre de sortie 45 par l'intermédiaire de la partie tubu-

laire 44, de l'élément flexible 43 et du diaphragme 51.

Lorsque l'élément tubulaire 44 est ajusté autour de la piste externe 38 en ayant la forme ellipsoîdale que

lui impose le générateur d'ondes 35, il se produit un cer-

tain degré de flexion dans la partie flexible du diaphragme 51. L'espace dans lequel l'élément flexible doit s'ajuster

n'est que légèrement plus grand que l'élément flexible lui-

même et, étant donné que le générateur d'ondes 35 a une forme ellipsoîdale, la partie tubulaire 44 doit prendre la même forme ellipsoïdale. En d'autres termes, il se produit

une flexion radiale à- l'extrémité,ouverte de la partie tubu-

laire 44 de l'élément flexible et cette flexion radiale est graduellement atténuée dans le sens de la longueur jusqu'à ce qu'elle devienne essentiellement circulaire à l'extrémité du diaphragme 51. A cause de la diminution de cette flexion dans la partie tubulaire de l'élément flexible, il se produit une ondulation qui est transmise au diaphragme 51 et qui le

fait fléchir axialement en engendrant une contrainte axiale.

La figure 2, qui est une coupe longitudinale, montre un élément dans trois positions par rapport à la position du générateur d'ondes. Le degré de flexion est légèrement exagéré pour illustrer les flexions. L'élément représenté à mi-chemin entre les axes principal et secondaire est dési-

gné par A (qui correspond à une coupe de la partie non déviée).

L'élément suivant l'axe principal B est dévié radialement vers le haut à l'extrémité ouverte et est décalé axialement vers le diaphragme 3. L'élément suivant l'axe secondaire C est dévié radialement vers l'intérieur en direction du centre de l'extrémité ouverte et axialement à l'écart du diaphragme 3. Comme on le voit, la déviation axiale x à l'extrémité ouverte de l'élément flexible équivaut à la déviation axiale

x de la partie flexible du diaphragme.

Lorsque le générateur d'ondes ellipsoidales est ajusté dans l'alésage de l'élément flexible et qu'il est

mis en rotation, la flexion à l'intérieur de l'élément flexi-

ble tourne également et ainsi l'onde de flexion tourne aussi dans le diaphragme. Dans les mécanismes de transmission de mouvements de ce type, la contrainte de flexion axiale dans le diaphragme est utilisée pour établir l'épaisseur

du diaphragme et afin de minimiser cette contrainte, l'épais-

seur du diaphragme est maintenue à une valeur minimale tout en lui donnant une épaisseur suffisante pour délivrer le couple de sortie voulu. Il's'est avéré que la contrainte

maximale qui peut apparaître n'est pas nécessairement asso-

ciée aux efforts s'exerçant en fonctionnement dans l'appa-

reil,mais peut être provoquée par une contrainte axiale excessivement grande qui est imposée au diaphragme lors de

l'assemblage de l'élément flexible et du générateur d'ondes.

La figure 3 représente l'ajustement d'un générateur d'ondes 9 dans l'alésage de l'élément flexible. La force représentée sous forme d'un vecteur F1 est utilisée pour insérer le générateur d'ondes 9 et cette force est transmise par la partie tubulaire 5 de l'élément flexible à la partie flexible 3a du diaphragme 3. A la force s'oppose une force antagoniste F2 à la partie inflexible du diaphragme 3 et elle est transmise par le diaphragme 3 pour le faire "bomber" en produisant une contrainte de flexion maximale dans la

région 10.

-Ce problème se pose d'une façon critique pendant les opérations de montage au cours desquelles le générateur d'ondes peut être légèrement décalé ou s'il se manifeste dans les pièces des gradients de température qui sont la cause d'un ajustage serré,ou bien si de la poussière ou des débris se trouvent dans l'alésage 6 de l'élément flexible ou sur la piste externe 11. Dans certains cas, la force

axiale appliquée pendant le montage impose des efforts exces-

sifs au diaphragme-dans la région 10, en y laissant ainsi

une forte contrainte résiduelle. Alors, lorsque le généra-

teur d'ondes est mis en rotation pendant le fonctionnement

de l'appareil, les efforts alternatifs périodiques se com-

binent avec la forte contrainte résiduelle et ils provoquent

ensemble une défaillance de la pièce dans la région 10.

Une disposition analogue à la figure 3 est représentée sur la figure 3a, excepté qu'au lieu d'utiliser des colliers et boulons pour fixer le diaphragme à l'arbre de sortie,

le diaphragme est plus épais pour former un moyeu solidaire 3'.

La figure 4 est un diagramme montrant la relation

entre la contrainte de flexion due à l'ondulation et la con-

trainte de "bombement" provoquée par les forces axiales de montage pour diverses épaisseurs de diaphragme. Pour

préparer ce diagramme, on a utilisé un rapport de démulti-

plication du mécanisme entre l'entrée du générateur d'ondes et la sortie de l'élément flexible de 80:1, les proportions

de la longueur de l'élément flexible et du diamètre de ser-

rage du diaphragme étant les mêmes que dans la technique antérieure. On peut voir qu'un diaphragme très mince produit une faible contrainte de flexion et, dans l'art antérieur,

on a généralement utilisé des diaphragmes ayant des épais-

seurs de l'ordre de 0,8 l du diamètre de l'alésage de l'élément flexible. Bien qu'un diaphragme mince produise une faible contrainte de flexion, la Demanderesse a constaté qu'une contrainte axiale extrêmement forte peut être due à une force axiale excessivement élevée appliquée lors de l'assemblage. La Demanderesse a constaté que la contrainte

due à la force axiale est de l'ordre de 6,2.108 Pa ou plus.

Lorsqu'on utilise des diaphragmes de l'ordre de 0,8 %Q, il se produit une contrainte de flexion de l'ordre de 8,62.107 Pa. La force axiale utilisée pour calculer ces valeurs de contrainte est fondée sur la formule: Force = (8) D 2 qui est la limite supérieure de la force utilisée pour monter

le générateur d'ondes dans la cuvette. Selon la présente in-

vention, la Demanderesse a constaté que si l'épaisseur du diaphragme est augmentée à une valeur comprise entre environ

1,0 et 2,0 %, la contrainte due à la force axiale est forte-

ment réduite à une valeur comprise entre 1,03.108 et 3,79.108 Pa et la contrainte de flexion n'est augmentée qu'à une

valeur comprise entre 1,03.108 et 2,07.108 Pa.

Avec les nouvelles proportions du diaphragme, la contrainte de flexion est légèrement plus grande qu'avec la configuration de l'art antérieur mais le diaphragme est maintenu encore au-dessous de la limite de résistance à la

fatigue du matériau. La Demanderesse a constaté que la con-

trainte de flexion varie proportionnellement à l'épaisseur du diaphragmemais que la contrainte due à la force axiale varie de façon inversement proportionnelle au carré de l'épaisseur et donc une faible augmentation de l'épaisseur axiale du diaphragme n'augmente la contrainte de flexion

que dans une faible proportion mais diminue d'une façon im-

portante la contrainte due à la force axiale.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées au mécanisme décrit et représenté sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Mécanisme de transmission de mouvements com-

portant une couronne dentée, un élément tubulaire denté flexible présentant un diaphragme à proximité d'une de ses extrémités, ledit diaphragme étant assujetti à un arbre, et un générateur d'ondes destiné à mettre progressivement l'élément denté flexible en prise avec la couronne dentée, mécanisme caractérisé en ce que l'épaisseur du diaphragme (3; 51) est comprise entre environ 1,0 et 2,0 % du diamètre de l'alésage (6) de l'élément tubulaire denté flexible (5; 43).

2. Mécanisme selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que le diaphragme (3; 51) est divisé en une partie flexible (3a) et en une partie inflexible, cette dernière étant assujettie à un arbre (45) qu'elle entoure et la partie

flexible (3a) étant intercalée entre l'extrémité de l'élé-

ment tubulaire denté flexible (5;-43) et la partie inflexi-

ble.

3. Mécanisme selon la revendication 2, caractéri-

sé en ce qu'au moins un collier (52a; 52b) est disposé au-

tour de la partie inflexible du diaphragme (3; 51).

4. Mécanisme selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un élé-

ment denté comprenant un tube flexible (5; 44) présentant des dents disposées radialement autour de sa périphérie et un

diaphragme (3; 51) près d'une de ses extrémités, l'épais-

seur dudit diaphragme (3; 51) étant comprise entre environ

1,0 et 2,0 % du diamètre (6) de l'alésage du tube (5; 44).

5. Mécanisme selon la revendication 4, caractéri-

sé en. ee que le diaphragme (3; 51) présente une partie axiale inflexible (52a; 52b; 3') et une partie flexible (3a) disposée entre la partie axiale inflexible (52a; 52b

3') et le tube (5;.44).

6. Mécanisme selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce qu'il comporte un générateur d'ondes (35) présen-

tant au moins deux lobes pour repousser l'élément tubulaire

denté flexible (5; 43).