LU82484A1 - Courroie dentee - Google Patents

Description

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La présente invention concerne une courroie dentée, c'est-à-dire une courroie de transmission pourvue sur l'une de ses faces d'une denture destinée à ^ être accouplée à la denture d'au moins deux poulies 5 dentées afin -de réaliser une transmission avec celles- ci.

Le problème principal que posent les courroies dentées consiste à augmenter leur durée de vie utile et par conséquent la durée de vie utile des * 10 transmissions courroie dentée-poulies afin de la porter à une durée ayant au moins le même ordre de grandeur que celle des transmissions à engrenages : usuelles.

Un second problème posé par les courroies 15 dentées connues réside dans le fait qu'il est impos sible de réduire autant qu'on le voudrait l'encombrement des transmissions qui les emploient du fait qu'il n'est pas possible de réduire le pas des courroies i dentées à un niveau inférieur à environ 8 mm.

j 20 Pour résoudre le premier problème, on a i · proposé divers types de courroies dentées connues caractérisées par des profils des dents différents.

En fait, certaines courroies dentées connues ont un profil rectiligne, c'est-à-dire un profil 25 identique à celui d'une crémaillère.

Ces types de courroies dentées subissent des vibrations importantes et n'ont pas une durée de vie utile satisfaisante bien que cette durée soit I notablement augmentée par l'application de certains I 30 dispositifs tels que le revêtement des dents de la courroie dentée au moyen de types de tissus particuliers et/ou l'emploi de structures textiles particu-* lières pour réaliser ce revêtement.

La médiocre durée de vie utile des cour-35 roies dentées pourvues de dents ayant un profil rec- • î tiligne est due au fait qu'à la base de la conception > t « · 2 des dents et de leur profil, on a posé l’hypothèse, non conforme à la réalité, que ces dents sont rigides comme si elfes étaient constituées d'un matériau xnétal-; lique.

5 Toujours sur la base de l'hypothèse sus mentionnée, on a réalisé des courroies dentées ayant des dents à profil à développante comme les engrenages métalliques usuels, mais ce moyen non plus n'a pas permis de résoudre le problème de l'augmentation 10 de la durée de vie utile des courroies dentées et d'en réduire les vibrations.

Un autre type de courroie dentée connue comprend des dents à profil en arcs de cercle. Cette courroie a été conçue en tenant compte de ce que les 15 dents de la courroie, qui consistent en un matériau élastomérique, sont toutes déformables à peu près de la même manière même quand on emploie des matériaux élastomériques ayant des caractéristiques mécaniques différentes, vu que la différence de déformabilité 20 est considérée comme négligeable par rapport aux dents des poulies dentées qui consistent en un matériau métallique et qui sont donc indéformables.

Bien que, par ce moyen, on ait pu augmenter la durée de vie utile des courroies dentées en maté-25 riau élastomérique par rapport à celle des courroies dentées à dents à profil rectiligne, cette augmenta- % tion de la durée n'est pas encore satisfaisante. De plus, même les courroies dentées pourvues de dents ayant un profil formé d'arcs de cercle subissent des 30 vibrations quand elles sont mises en oeuvre dans les conditions de travail d'une transmission.

On connaît encore beaucoup d'autres types ‘ de courroies dentées qui se différencient les unes des autres par le fait que les dents ont un profil 35 constitué par une courbe formée par des combinaisons de tronçons d'arcs de cercle, de tronçons rectilignes ' I 3 i* i ! et de tronçons de développante, mais ces courroies connues n’ont pas non plus une durée de vie utile satisfaisante et sont également soumises à des vibrations quand elles sont employées dans un système 5 de transmission.

* Pour résoudre le deuxième problème, on n’a proposé jusqu’ici aucune solution connue.

La présente invention vise à procurer une courroie dentée capable de surmonter les inconvénients 10 des courroies dentées - connues et ayant, par conséquent, une durée de vie utile notable sans être soumise à des vibrations quand elle fonctionne dans une transmission.

Un autre objet de la présente invention vise à procurer une courroie dentée permettant de réduire 15 l’encombrement des transmissions.

I L’objet de la présente invention consiste j en une courroie dentée destinée à être accouplée à des poulies dentées de manière à réaliser avec celles-ci | un système de transmission comprenant un ruban sans 20 fin en matériau élastomérique ou plastique englobant une pluralité de cordelettes parallèles et coplanaires disposées suivant la plus grande dimension du ruban et une denture sur au moins une face de ce ruban, ladite dentée étant formée par une pluralité de dents séparées 25 les unes des autres par des espaces creux, la courroie étant caractérisée en ce que le profil de chaque dent consiste en une courbe définie par le fait que la valeur de la tangente trigonométrique des angles formés entre les droites tangentes à la courbe et les 30 droites parallèles à la base des dents croît linéaire ment en partant du sommet de la dent en direction de la base de la dent, suivant un coefficient constant * qui est fonction des caractéristiques mécaniques du matériau constitutif de la dent et des dimensions de * 35 / celle-ci.

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La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures de la planche de dessins annexée dans laquelle: 5 la figure 1 représente une vue en coupe d’un tronçon de courroie dentée conforme à la présente invention, et la figure 2 représente, à une plus grande échelle, la profil d’une dent de courroie dentée ' 10 conforme à l’invention.

La figure 1 représente donc une vue en coupe d’un tronçon de courroie dentée conforme à la présente invention.

Comme on peut le voir sur cette figure, 15 la courroie dentée comprend un corps 1 ayant la forme d’un ruban sans fin d’une seule pièce, fabriqué en un mélange de matériau élastomérique, dans lequel est englobée une pluralité de cordelettes 2, en un matériau flexible et inextensible tel que le nylon, les poly-20 esters et des produits similaires par exemple.

Les cordelettes 2 ont leurs axes coplanaires et parallèles entre eux et forment, dans leur ensemble, la structure résistante à la traction de la courroie dentée.

25 Sur une face du corps 1 de la courroie se trouve une denture formée par une pluralité de dents 3 en un matériau élastomérique séparées les unes des autres par des espaces creux 4·

On peut éventuellement prévoir un revêtement 30 (non représenté) sur la surface 5 des dents 3 et des espaces creux 4·

Dans le cas où. l'on prévoit l’application d’un revêtement sur la surface 5 des dents 3 et des espaces creux 4j celui-ci consiste, de préférence, en 35 - deux tissus doublés l’un à l’autre par l’interposition 1 d’une couche de matériau élastomérique, le tissu le plus j! 5 T .

i · externe étant un tissu autolubrifiant et plus précisément le tissu autolubrifiant décrit dans le brevet luxembourgeois n° 60.551 déposé par la Demanderesse.

La caractéristique fondamentale de la cour-5 roie dentée conforme à l'invention, indépendamment du fait que la surface des dents et des espaces creux est recouverte ou non d'un revêtement, réside en ce que le profil des dents de la courroie consiste en une courbe définie par le fait que la valeur de la tangente 10 trigonométrique des angles a formés entre les droites tangentes à la courbe et les droites, sécantes de la courbe, parallèles à la base des dents croît linéairement, suivant un coefficient défini ultérieurement dans le texte, en partant du sommet de la dent en 15 direction de la base de celle-ci.

Les courbes qui correspondent à la définition générale donnée ci-dessus pour le profil des dents d'une courroie conforme à l'invention sont des arcs de parabole et aussi, avec une approximation suffisante, 20 des arcs d'ellipse.

Comme on l'a dit précédemment, l'allure des courbes dépend d'un coefficient.

Pour un type prédéterminé de mélange de matériau élastomérique constituant la dent et pour 25 des dimensions données de la dent (c'est-à-dire la largeur et la hauteur), ce coefficient prend une valeur constante.

ί Ledit coefficient est défini par la formule i: . .

i- suivante, deduxte par voie expérimentale : 1 30 K = 32 h (A + 4<Sf dans laquelle : h est la hauteur de la dent, 35 A est la largeur de la base de la dent j é est un paramètre qui dépend du matériau constitutif i 6 des dents et qui répond à la définition suivante : l i = ß h Tk·*· .

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5 où. ß est un nombre sans dimension compris entre 0,1 et 1, HTmax est la sollicitation maximale en effort de cisaillement admise par le matériau constitutif des dents, 10 G est le module global moyen d’élasticité tangen- tielle du matériau constitutif des dents·

En particulier, le coefficient ß tient compte de l’homogénéité plus ou moins grande du mélange de matériau élastomérique adopté pour la fabri-15 cation de la denture de la courroie. Par conséquent, le choix de la valeur du coefficient ß,dans l'intervalle indiqué ci-dessus, doit être effectué sur la base d’essais expérimentaux effectués en soumettant un petit bloc prismatique (du mélange de matériau 20 élastomérique particulier que l’on a l'intention d’uti liser et de dimensions, c’est-à-dire de hauteur et de largeur, du même ordre de grandeur que celles de la dent) à une charge de cisaillement égale à celle que chacune des dents de la courroie devra supporter et 25 en déterminant l’écart moyen de la courbe de déforma tion de ce petit bloc prismatique soumis au cisaillement par rapport à l’allure linéaire de la déformation, ledit écart étant la valeur du coefficient ß, sauf dans le cas d’un coefficient dépendant de la forme et 30 devant être déterminé expérimentalement.

On va se référer à présent, à titre d'exemple, à une courroie dentée conforme à l’invention sur • la base de laquelle on a exécuté des essais expérimen taux pour déterminer la durée de vie utile et le 35 ”silence" (l'absence de vibrations) de la transmission ^ par poulies dentées pour lesquelles on a évidemment 7 choisi une denture de poulies ayant un profil convenant au profil de la courroie (ceci n'est pas décrit ici, mais peut être déterminé d'une manière connue en soi par un technicien de la branche).

5 Pour la courroie dentée, on a choisi comme profil des dents la parabole représentée à la figure 2 et définie par la formule suivante : 16 h 2 • l0 (a + 4 6 r dans laquelle les divers symboles ont la signification donnée précédemment et où les axes de référence x et y se rencontrent à hauteur du sommet de la dent.

Les autres caractéristiques de la courroie 15 dentée conforme à l’invention sont reprises ci-après : - pas 8 mm - heuteur h de la dent 3,5 mm - largeur A de la base de la dent 5*5 mm - développement 1.088 mm 20 - matériau constitutif de la denture caoutchouc au chloroprène - insertion résistante à la traction cordelettes en fibre de verre - revêtement tissu de nylon 25 Les essais expérimentaux ont été exécutés dans les conditions suivantes.

L’essai d'endurance a été exécuté en montant la courroie dentée sur une paire de poulies dentées dont la poulie motrice avait un diamètre pri-30 mitif de 6l,12 mm, où la poulie menée avait un diamè tre primitif de 122,23 mm et où se trouvait un tendeur formé par un rouleau de 60 mm de diamètre,

La tension qui a été appliquée à la courroie a été de 250 N et la dite transmission a été mise en 35 fonctionnement en mettant la poulie motrice en rotation à la vitesse de 6.000 tours/minute et en appliquant sur i 8 la poulie menée une charge de freinage de 30 Nm.

Cet essai a été exécuté dans un milieu ambiant dont la température était de 40°C et l’humidité relative de 60$.

5 L’essai de résistance au saut de la dent a été exécuté avec la transmission décrite ci-dessus pour l’essai d’endurance, mais en bloquant la poulie menée et en appliquant des couples de valeur croissants sur la poulie motrice au moyen d'une clé dynamométrique. 10 Pour l’essai de bruit, on a fait varier la vitesse de la poulie motrice dans l’intervalle compris entre 1.000 et 6.000 tours/minute.

En utilisant les mêmes conditions, on a effectué des essais expérimentaux sur des courroies 15 dentées conformes a la présente invention et données ci-dessus, à l'exception du fait que les dents avaient un profil à flancs rectilignes et engrenaient avec des poulies dentées ayant des dents de profil adapté à celui des dents à flancs rectilignes· 20 On a obtenu les résultats expérimentaux sui vants ·

En ce qui concerne le "silence" de la courroie, les courroies dentées conformes à l'invention procurent une réduction du niveau sonore comprise 25 entre 5 et 10 dB, suivant la zone de fréquence examinée, par rapport à celui des courroies de type connu.

En ce qui concerne la durée de vie utile de la courroie, les courroies dentées de l'invention procurent une amélioration de 90$ par rapport aux cour-30 roies de type connu.

En ce qui concerne la résistance au saut des dents de la courroie sur celles de la poulie, ,les courroies dentées conformes à l'invention procurent, par rapport aux courroies dentées de type connu, une 35 amélioration comprise entre 30$ et 50$, en fonction du développement de la courroie et du type de courroie s 9 I.........

i dentée connu mis en oeuvre.

De plusj sur la base d’essais expérimentaux , on a constaté que, pour les courroies dentées » conformes à l’invention, le pas de la denture peut 5 prendre des valeurs comprises entre 2,5 mm et 25 mm, c’est-à-dire qu’il peut prendre une valeur minimale (2,5 mm) considérablement plus petite que la valeur ! . minimale de 8 mm propre aux courroies dentées connues.

| Ce fait permet de fabriquer des courroies dentées 10 ayant un développement compris entre 50 mm et 5.000 mm, I un rapport h/A (c’est-à-dire un rapport entre la hauteur de la dent et la largeur de la base de la dent) compris entre 0,57 et 1*2 et un rapport entre la largeur A de la base de la dent et le pas de la denture compris 15 entre 0,5 et 0,75· L’obtention des objectifs proposés au ! moyen de courroies dentées conformes à l’invention, démontrée sur la base des données expérimentales, est difficile à expliquer mais peut probablement être 20 justifiée par les considérations ci-après.

Au cours de la transmission du mouvement i entre la courroie dentée et les poulies dentées, les j dents de la courroie engrènent les dents des poulies | et au cours de cet engrènement les dents de la courroie ! 25 transmettent et/ou reçoivent des dents de la poulie des j sollicitations mécaniques dont les résultantes sont constituées par des forces et des moments.

A la différence des dents des poulies, les dents d’une courroie dentée -qui sont en un matériau 3O élastomérique - sont déformables et la déformation dépend non seulement du matériau élastomérique particulier adopté pour la construction de la dent mais 1 ♦ aussi des dimensions (hauteur et largeur) de ladite dent.

‘ 35 II découle de ce qui a été dit plus haut qu’en faisant varier le point d'application de la 1 - 10 , force sur la dent d'une courroie on fait varier la déformation de la dent de la courroie.

La variation de la déformation de la dent * d’une courroie s'effectue dans le sens d’une diminu- 5 tion au fur et à mesure du déplacement du point d'application de la force entre le sommet et la base de la dent* ce parce que la dent est plus déformable au sommet et moins déformable à sa base et aussi parce que 1|enchaînement de la dent d’une courroie avec la 10 dent correspondante de la poulie prend la valeur maximale quand la dent est complètement engagée.

L'emploi, pour le profil de la dent d'une courroie, d'une courbe particulière définie par le fait que la tangente trigonométrique de l'ange a prend 15 une valeur croissant linéairement entre le sommet et la base de la dent et construite en tenant compte de la déformabilité de la dent, due à la fois au type de matériau utilisé et à la hauteur ainsi qu'à la largeur de la dent, permet de faire en sorte que la distance d 20 entre le point d'application de la force et la base de la dent diminue linéairement, tout comme la déformation de la dent.

En outre, l'utilisation de la courbe en question pour le profil de la dent fait en sorte que 25 la composante fp de la force appliquée par la poulie sur la dent de la courroie, dans la direction parallèle à la base, croît linéairement entre le sommet et la base de la dent.

Il en résulte que le moment sur la dent 30 d'une courroie en prise avec une dent de poulie (qui est donné par le produit de la force fp par la distance d) se maintient constant et que, par conséquent, il ne • se produit pas de vibration dans la courroie.

Un autre motif qui pourrait expliquer l'ab-35 sence de vibration dans une courroie dentée conforme à l'invention et, par conséquent, sa plus longue durée # · 11 de vie utile est probablement le suivant :

Au cours de 1 *engrènement des dents d’une courroie avec les dents d'une poulie, plusieurs dents » sont en prise les unes avec les autres mais les ef- 5 forts supportés par les dents de la courroie en prise avec celles de la poulie ne sont probablement pas également répartis entre eux à cause de la déformabilité des dents de la courroie. De plus, il est pro-

Ibable que l’intensité de la force appliquée à chaque 10 dent d’une courroie croît au cours de 1’engrènement.

Plus particulièrement, la force transmise par une dent de poulie à la dent d’une courroie en prise avec elle croît en intensité à mesure du déplacement du point d’application de la force entre le 15 sommet et la base de la dent.

Grâce à la courbe particulière adoptée pour le profil de la denture de la courroie, la droite d’application de la force sur la dent s’incline toujours davantage vers la droite parallèle à la base.

20 Par conséquent, même si l’intensité de cette force va en croissant, la valeur de la composante fn perpendiculaire ou normale à la base de la dent se maintient constante (tandis que la composante fp croît suivant I une allure linéaire).

25 La constance de la valeur de la composante perpendiculaire de la force appliquée à la dent de la courroie empêche donc que ne se produise des vibrations de la courroie et augmente ainsi la durée de vie utile ! de la courroie.

30 Bien qu’on ait décrit et illustré ci-dessus I une forme de réalisation préférée conforme à la pré sente invention, il faut comprendre que celle-ci porte * également sur toutes les variantes possibles qui sont accessibles à un technicien de la branche.

J·· ! 35

Claims (6)

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1· Courroie dentée destinée à être accouplée à des poulies dentées de manière à réaliser avec celles-- ci un système de transmission comprenant un ruban sans 5 fin en matériau élastomérique ou plastique englobant une pluralité de cordelettes parallèles et coplanaires disposées suivant la plus grande dimension du ruban et une denture sur au moins une face de ce ruban, ladite denture étant formée par une pluralité de dents séparées 10 les unes des autres par des espaces creux, courroie caractérisée en ce que le profil de chaque dent consiste en une courbe définie par le fait que la valeur de la tangente trigonométrique des angles formés entre les droites tangentes à la courbe et les droites parallèles 15 à la base des dents croît linéairement en partant du sommet de la dent en direction de la base de la dent, suivant un coefficient constant qui est fonction des caractéristiques mécaniques du matériau constitutif de la dent et des dimensions de celle-ci.

2. Courroie dentée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le coefficient constant, fonction des caractéristiques mécaniques du matériau constitutif de la dent et des dimensions de celle-ci, répond à la formule suivante : 25 K- = 32 h (A + 4<5)2 dans laquelle : A est la largeur de la base de la dent, 30. est la hauteur de la dent et b est un coefficient déterminé par voie expérimentale en fonction de la sollicitation maximale en effort de cisaillement admise par le matériau constitutif de la dent et du module moyen d'élasticité tangentielle 35 du matériau constitutif de la dent. --Î.; *' ' te i" j

3· Courroie dentée suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le coefficientί correspond à la formule suivante : i _ i 5 · i = β h_T niax._ I g | dans laquelle (i a une valeur comprise entre 0,1 et 1. j

4· Courroie dentée suivant la revendica- | tion 1, caractérisée en ce que le profil des dents de 10 la courroie dentée est un arc de parabole.

! 5· Courroie dentée suivant la revendica tion 4> caractérisée en ce que le profil des dents de la courroie dentée est un arc de parabole répondant à la formule suivante : 15 16 h 2 y = --- X j (A -f ii,)1 j le point de rencontre des axes de référence se trouvant ; à hauteur du sommet de la dent.

6. Courroie dentée suivant la revendica tion 1, caractérisée en ce que le profil des dents de i la courroie dentée est un arc d’ellipse. i ; / i ' ’ ____... . i / i <> - i i i j! i l: I;