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FR3112183A1 - Low stiffness high torque density torsion spring - Google Patents

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FR3112183A1
FR3112183A1 FR2100918A FR2100918A FR3112183A1 FR 3112183 A1 FR3112183 A1 FR 3112183A1 FR 2100918 A FR2100918 A FR 2100918A FR 2100918 A FR2100918 A FR 2100918A FR 3112183 A1 FR3112183 A1 FR 3112183A1
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toothed pinion
shaft
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Franck Livio Severino Grolleau
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Abstract

Ressort de torsion (2) haute densité de couple à faible raideur, pour réducteur à engrenages à axes concourants, comportant;une pluralité de lame (5) équireparties autour d'un axe Y et s'étendant radialement; chacune desdites lames (5), comportant un bord intérieur (5a) et un bord extérieur (5b), parallèle à l'axe Y; le bord extérieur (5b) coopérant avec un pignon denté (3) d'axe de rotation Y; le bord intérieur (5a) coopérant avec un arbre (4) d'axe de rotation Y;chacune desdites lames (5) comportant en outre, de part et d'autre du bord intérieur (5a), une face biaisée (5a1;5a2) s'étendant parallèlement à Y, caractérisé en ce que chacune desdites face biaisée (5a1;5a2), de ladite lame (5), de ladite pluralité de lame (5), est en contact coplanaire et alignée, avec la face biaisée (5a1;5a2) jouxtante de la lame (5) adjacente, de manière que ladite pluralité de lame (5), forme une forme annulaire d'axe de révolution Y. La pluralité desdites face biaisée (5a1;5a2) étant rattachées entre elles. « Figure pour l’abrégé : Figure 1 » A low stiffness, high torque density torsion spring (2) for a concurrent axis gear reducer, comprising: a plurality of blades (5) evenly distributed about a Y axis and extending radially; each of said blades (5), comprising an inner edge (5a) and an outer edge (5b), parallel to the Y axis; the outer edge (5b) cooperating with a toothed pinion (3) of axis of rotation Y; the inner edge (5a) cooperating with a shaft (4) of axis of rotation Y; each of said blades (5) further comprising, on either side of the inner edge (5a), a biased face (5a1; 5a2) ) extending parallel to Y, characterized in that each of said biased face (5a1; 5a2), of said blade (5), of said plurality of blades (5), is in coplanar and aligned contact, with the biased face ( 5a1; 5a2) adjoining the adjacent blade (5), so that said plurality of blade (5) forms an annular shape with an axis of revolution Y. The plurality of said biased faces (5a1; 5a2) being attached to each other. "Figure for the abstract: Figure 1"

Description

Ressort de torsion haute densité de couple à faible raideurLow stiffness torque high density torsion spring

La présente invention concerne un ressort de torsion utilisé dans un réducteur de vitesse à engrenages à axes concourants destiné aux moteurs d'aéronefs. Bien que la présente invention a été développée pour être utilisée dans un réducteur de vitesse, certaines applications peuvent être en dehors de ce domaine.The present invention relates to a torsion spring used in a gear reducer with intersecting axes intended for aircraft engines. Although the present invention was developed for use in a speed reducer, some applications may be outside this field.

Le ressort de torsion à haute densité de couple et faible raideur selon l'invention, est préférentiellement utilisé pour effectuer le partage de charge dans un réducteur de vitesse à couple divisé, à engrenages à axes concourants. Un réducteur de vitesse à couple divisé, ou «split-torque» (en langue anglaise), permet une densité de puissance élevée, obtenue en multipliant les chemins de force reliant l’étage d'entrée et l’étage de sortie du réducteur, et est par exemple, utilisé dans un moteur d'aéronef de type turbosoufflante ou turbofan (en langue anglaise), afin de réduire la vitesse de rotation d'une soufflante entrainée par une turbomachine à vitesse de rotation rapide.The torsion spring with high torque density and low stiffness according to the invention is preferably used to carry out the load sharing in a speed reducer with divided torque, with gears with concurrent axes. A split-torque speed reducer, or “split-torque” (in English), allows high power density, obtained by multiplying the force paths connecting the input stage and the output stage of the reducer, and is, for example, used in an aircraft engine of the turbofan or turbofan (in English language) type, in order to reduce the speed of rotation of a fan driven by a turbomachine with a high speed of rotation.

La densité de puissance étant définie comme le rapport de la puissance transmissible par unité de poids, l'intérêt d'un tel réducteur est d'être au plus compact et léger tout en ayant une capacité de couple transmissible très élevé.
Avec la technique du couple divisé, le couple moteur et la vitesse de rotation d’une puissance motrice, par exemple d'une turbomachine d'aéronef, sont transmis à l'étage d'entrée du réducteur, le couple moteur se divise en transitant à travers une pluralité de chemin de force, puis se recombine sur l'étage de sortie du réducteur. De ce fait, plutôt que d'emprunter un seul chemin, le couple moteur traverse le réducteur via une pluralité de chemins de force. Cela réduit proportionnellement la charge sur les dents des engrenages interne constituant lesdits chemin de force, et réduit conséquemment le poids et l'encombrement du réducteur, maximisant ainsi la densité de puissance.
Dans les réducteurs à engrenages à axes concourants à haute densité de puissance, les chemins de force peuvent, par exemple, être composés de paires de pignons denté couplé entre eux en rotation.
The power density being defined as the ratio of the transmissible power per unit of weight, the advantage of such a reducer is to be as compact and light as possible while having a very high transmissible torque capacity.
With the divided torque technique, the motor torque and the rotational speed of a motive power, for example of an aircraft turbomachine, are transmitted to the input stage of the reducer, the motor torque is divided by transiting through a plurality of force paths, then recombines on the output stage of the reducer. Therefore, rather than taking a single path, the motor torque passes through the reducer via a plurality of force paths. This proportionally reduces the load on the teeth of the internal gears constituting said force paths, and consequently reduces the weight and size of the reducer, thus maximizing the power density.
In gear reducers with high power density concurrent axes, the force paths can, for example, be composed of pairs of toothed pinions coupled together in rotation.

Toutefois, du fait des tolérances de fabrication et des déflexions structurelles des composants du réducteur sous la charge, la division réelle du couple moteur entre chacun des chemins de force, ne peux pas être également répartie de manière naturelle, et si rien est fait, des écarts trop importants entre chacun des chemins de force peuvent annuler l'avantage de cette technique.
Pour fonctionner de manière optimal, un réducteur à couple divisé doit être conçu pour permettre une répartition de charge la plus égale possible entre chacun des chemins de force, et encore plus particulièrement dans une application de réducteur pour moteurs d'aéronefs, ou les contraintes de poids, d'encombrement et d'opérabilité sont extrêmement sévères.
However, due to manufacturing tolerances and structural deflections of gearbox components under load, the actual division of motor torque between each of the force paths cannot be equally distributed in a natural manner, and if left unchecked, too large gaps between each of the paths of force can cancel the advantage of this technique.
To operate optimally, a split torque gearbox must be designed to allow the most equal distribution of load possible between each of the force paths, and even more particularly in a gearbox application for aircraft engines, where the constraints of weight, size and operability are extremely severe.

De façon connue, une solution consiste à ajouter un système déformable dans chacun des chemins de force de manière que, sous la charge, la déformation sensiblement identique de chaque système déformable de chacun des chemins de force, permet à l'ensemble des contacts de mailles d'engrenages de s'établir et de faire transiter la force entre l’étage d’entrée et l’étage de sortie du réducteur, ce qui a pour effet que la pluralité des chemins de force tendent naturellement à se partager le couple moteur total entre eux, en fractions sensiblement égales.
Cependant, pour ne pas impacter le poids et l'encombrement du réducteur tout en permettant une précision de fabrication moins exigeante et donc moins couteuse, le système déformable visé par la présente invention, doit posséder une densité de couple élevée et une flexibilité en torsion maximum. La densité de couple étant définie comme le rapport du couple maximum transmissible par unité de volume.
In a known way, one solution consists in adding a deformable system in each of the force paths so that, under the load, the substantially identical deformation of each deformable system of each of the force paths, allows all the mesh contacts of gears to be established and to transfer the force between the input stage and the output stage of the reducer, which has the effect that the plurality of the force paths naturally tend to share the total motor torque between them, in roughly equal fractions.
However, in order not to impact the weight and size of the reducer while allowing less demanding and therefore less expensive manufacturing precision, the deformable system targeted by the present invention must have a high torque density and maximum torsional flexibility. . The torque density being defined as the ratio of the maximum transmissible torque per unit volume.

En outre, du fait des très hautes vitesses de rotation, d'autres contraintes doivent être prisent en compte, comme notamment l'effet centrifuge et les contraintes inertielles.
Enfin, dans l'application visé par la présente invention, il serait avantageux qu'un réducteur à couple divisé pour moteur d'aéronef intègre une fonction de limiteur de couple pour permettre de désolidariser la turbomachine et la soufflante, dans certaines situations extrêmes de couple exceptionnellement élevé, supérieur à ceux attendus d'une utilisation normale.
In addition, due to the very high speeds of rotation, other constraints must be taken into account, such as in particular the centrifugal effect and the inertial constraints.
Finally, in the application targeted by the present invention, it would be advantageous for a divided torque reduction gear for an aircraft engine to incorporate a torque limiter function to make it possible to separate the turbomachine and the fan, in certain extreme torque situations. exceptionally high, above those expected from normal use.

On connait par le document EP 0814 281-B1, un réducteur à couple divisé de type à engrenages à axes concourants, qui propose comme système déformable de partage de charge, une liaison souple en torsion, couplant en rotation la paire de pignons denté formant le chemin de force.
Un tel système déformable est avantageux pour un réducteur à engrenages à axes concourants, car la déformation permettant la répartition de charge se faisant dans le sens naturel de rotation de la paire de pignons denté, aucune dégradation du motif de contact de maille ou «contact pattern» (en langue anglaise), ni aucune vibration n'est engendrée.
En outre, dans le cas d'un réducteur destiné à un moteur d'aéronef, ce système déformable de répartition de charge, indépendant des autres composants du réducteur, est peu affecté par les déflexions structurelles subit par le moteur. Cela permet une certaine stabilité de la division de couple, ce qui limite les surcontraintes et améliore l'opérabilité du réducteur.
Document EP 0814 281-B1 discloses a split-torque reducer of the type with concurrent axis gears, which proposes as a deformable load-sharing system, a flexible connection in torsion, coupling in rotation the pair of toothed pinions forming the path of strength.
Such a deformable system is advantageous for a gear reducer with concurrent axes, because the deformation allowing the distribution of the load being done in the natural direction of rotation of the pair of toothed pinions, no degradation of the mesh contact pattern or "contact pattern (in English), nor any vibration is generated.
In addition, in the case of a reduction gear intended for an aircraft engine, this deformable load distribution system, independent of the other components of the reduction gear, is little affected by the structural deflections undergone by the engine. This allows a certain stability of the torque division, which limits overstressing and improves the operability of the reducer.

Toutefois, les dispositifs souples en torsion proposés par le brevet précité, ont l'inconvénient que l'arbre de torsion doit être long pour permettre à la fois un couple élevé et une déflexion angulaire importante. Et pour la seconde proposition concernant un raccord souple en élastomère, celui-ci nécessite une épaisseur de matière importante pour obtenir des caractéristiques équivalentes. De plus ce type de matériaux peut se dégrader au fil du temps, en particulier lorsqu'il est exposé à des huiles et des températures élevées, comme c'est le cas dans la plupart des transmissions à forte densité de puissance.
Dans les deux cas proposés, le volume utile, la densité de couple et la flexibilité en torsion ne sont pas optimal.
However, the torsionally flexible devices proposed by the aforementioned patent have the disadvantage that the torsion shaft must be long to allow both a high torque and a large angular deflection. And for the second proposal concerning a flexible elastomer coupling, this requires a significant thickness of material to obtain equivalent characteristics. In addition, these types of materials can degrade over time, especially when exposed to oils and high temperatures, as is the case in most high power density transmissions.
In the two cases proposed, the useful volume, the torque density and the torsion flexibility are not optimal.

Différents systèmes compacts et déformables en torsion, couplant en rotation un arbre avec un pignon, existent dans l'état de l'art, comme par exemple le brevet WO 0104507 A1 ou encore le brevet AT 516 397 A4. Ceux-ci proposent d'utiliser respectivement des languettes découpées ou des lamelles insérées, travaillant sensiblement en flexion dans le but de produire une souplesse angulaire simulant une déformation en torsion.
Toutefois, parce qu'ils n'ont pas été conçu dans cet objectif, aucun de ces dispositifs ne permet d'obtenir à la fois, une flexibilité en torsion et une densité de couple maximisé.
Various compact and deformable systems in torsion, coupling in rotation a shaft with a pinion, exist in the state of the art, such as for example patent WO 0104507 A1 or patent AT 516 397 A4. These propose to use cut-out tabs or inserted strips respectively, working substantially in bending with the aim of producing an angular flexibility simulating a torsion deformation.
However, because they were not designed for this purpose, none of these devices makes it possible to obtain both torsional flexibility and maximized torque density.

Les performances énergétiques et la fiabilité des moteurs d'avions commerciaux ayant un besoin constant d'améliorations, l'objectif de l'invention est de proposer un ressort de torsion optimisé permettant de remédier aux inconvénients précités.The energy performance and reliability of commercial aircraft engines having a constant need for improvement, the object of the invention is to propose an optimized torsion spring making it possible to remedy the aforementioned drawbacks.

Pour ce faire, l'invention concerne selon son acceptation la plus générale, un ressort de torsion haute densité de couple à faible raideur, préférentiellement pour réducteur à engrenages à axes concourants, couplant en rotation un arbre à un pignon denté, comportant ;
une pluralité de lame, équiréparties autour d'un axe Y et s'étendant radialement ;
chacune desdites lame, comportant un bord intérieur, parallèle et proximal de l'axe Y, ayant une dimension, dans la direction de l’axe Y, égale ou supérieure à un bord extérieur, parallèle et distal de l'axe Y ;
ledit bord extérieur, étant configuré pour coopérer de manière opérationnelle avec un pignon denté d'axe de rotation sensiblement confondu avec l'axe Y ;
ledit bord intérieur, étant configuré pour coopérer de manière opérationnelle avec un arbre d'axe de rotation sensiblement confondu avec l'axe Y ; et
chacune desdites lame comportant en outre, de part et d’autre dudit bord intérieur, une face biaisée s'entendant parallèlement à l'axe Y ;
caractérisé en ce que chacune desdites face biaisée, de ladite lame, de ladite pluralité de lame, est en contact coplanaire et alignée, avec la face biaisée jouxtante de la lame adjacente, de manière que ladite pluralité de lame, forme une forme annulaire d'axe de révolution Y. La pluralité desdites face biaisée étant rattachées entre elles.
To do this, the invention relates according to its most general acceptance, a high torque density torsion spring with low stiffness, preferably for a gear reducer with concurrent axes, coupling in rotation a shaft to a toothed pinion, comprising;
a plurality of blades, evenly distributed around a Y axis and extending radially;
each of said blades, comprising an inner edge, parallel and proximal to the Y axis, having a dimension, in the direction of the Y axis, equal to or greater than an outer edge, parallel and distal to the Y axis;
said outer edge, being configured to cooperate in an operational manner with a toothed pinion whose axis of rotation substantially coincides with the Y axis;
said inner edge, being configured to cooperate operatively with an axis of rotation shaft substantially coinciding with the Y axis; And
each of said blade further comprising, on either side of said inner edge, a biased face extending parallel to the Y axis;
characterized in that each of said biased face, of said blade, of said plurality of blades, is in coplanar and aligned contact with the adjoining biased face of the adjacent blade, so that said plurality of blades forms an annular shape of axis of revolution Y. The plurality of said biased face being attached to one another.

En effet, dans l'application visée par la présente invention, le couple élevé à transmettre, l'encombrement limité du réducteur, et le besoin d'avoir une flexibilité angulaire la plus élevée possible, nécessite un ressort de torsion constitué de nombreuses lames sensiblement identiques, ayant chacune une capacité de fléchissement ou de flexion, la plus grande possible.
En outre, un tel ressort de torsion de forme annulaire est compatible avec des vitesses de rotation très élevées, d'une part parce que l'équilibrage du moment d'inertie est simplifié car la pluralité desdites lames composant ledit ressort sont sensiblement identiques, et d'autre part, parce que chacune desdites lame ayant une faible masse, ledit ressort est peu sensible à la force centrifuge.
Indeed, in the application targeted by the present invention, the high torque to be transmitted, the limited size of the reducer, and the need to have the highest possible angular flexibility, requires a torsion spring consisting of many blades substantially identical, each having the greatest possible bending or bending capacity.
In addition, such an annular-shaped torsion spring is compatible with very high rotational speeds, on the one hand because the balancing of the moment of inertia is simplified because the plurality of said blades making up said spring are substantially identical, and on the other hand, because each of said blades having a low mass, said spring is not very sensitive to centrifugal force.

Lorsqu’un ressort de torsion selon la présente invention est soumis à un couple, la déformation en torsion générant un décalage angulaire entre les deux extrémités du ressort de torsion, est obtenue par fléchissement ou flexion, d'une pluralité de lames flexibles.When a torsion spring according to the present invention is subjected to a torque, the torsional deformation generating an angular offset between the two ends of the torsion spring, is obtained by bending or bending, of a plurality of flexible blades.

Dans l'art antérieur, des languettes flexibles découpées dans la masse ou des lamelles flexibles insérées dans une ou plusieurs pièces de liaison génèrent, entre autres, soit des concentrations de contraintes très élevées en pied de languettes pour le premier cas, soit un volume non optimisé pour le deuxième cas, ce qui n'est pas optimal.
Avantageusement, le ressort de torsion selon l'invention est uniquement composé de lames sensiblement identiques, rattachées directement entre elles. Ce qui permet, pour un volume donné, une pluralité de lames maximum.
In the prior art, flexible tongues cut out of the mass or flexible blades inserted into one or more connecting pieces generate, among other things, either very high stress concentrations at the foot of the tongues for the first case, or a volume not optimized for the second case, which is not optimal.
Advantageously, the torsion spring according to the invention is only composed of substantially identical blades, attached directly to each other. This allows, for a given volume, a maximum plurality of blades.

Pour ce faire, de part et d’autre dudit bord intérieur de la lame, l'épaisseur est biseautée de chaque côté, parallèlement l'axe Y, formant deux faces, biaisées de manière que chaque lame de la pluralité de lame équiréparties autour de l'axe Y, se juxtaposant l'une après l'autre, face biaisée alignée, en contact et rattachée avec la face biaisée voisine, forme le ressort de torsion selon l'invention de forme annulaire d'axe de révolution Y.To do this, on either side of said inner edge of the blade, the thickness is bevelled on each side, parallel to the Y axis, forming two faces, biased so that each blade of the plurality of blades evenly distributed around the Y axis, being juxtaposed one after the other, biased face aligned, in contact and attached with the neighboring biased face, forms the torsion spring according to the invention of annular shape with axis of revolution Y.

De manière générale, ladite lame a une forme ou un profil, qui peux être droit ou courbé ou encore conformé, déterminé en fonction de la déflexion angulaire souhaitée dudit ressort lorsqu’il est soumis à un couple donné.
De manière préférentielle, lesdites face biaisée sont sensiblement symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan médian passant par l'axe Y et le milieu dudit bord intérieur, ladite lame ayant une épaisseur constante, symétrique et parallèle audit plan médian et lesdites face biaisée sont soudées entre elles pour former un ressort de torsion selon l'invention, comportant une extrémité intérieure, formée par la pluralité desdits bord intérieur, sensiblement coaxiale à une extrémité extérieure, formée par la pluralité desdits bord extérieur.
In general, said blade has a shape or a profile, which can be straight or curved or even shaped, determined according to the desired angular deflection of said spring when it is subjected to a given torque.
Preferably, said biased faces are substantially symmetrical to each other with respect to a median plane passing through the Y axis and the middle of said inner edge, said blade having a constant thickness, symmetrical and parallel to said median plane and said biased faces are welded together to form a torsion spring according to the invention, comprising an inner end, formed by the plurality of said inner edges, substantially coaxial with an outer end, formed by the plurality of said outer edges.

En outre, ledit bord intérieur, est rattaché directement ou indirectement audit arbre, par soudage, clavetage ou cannelures et de manière préférentielle, directement soudé à l’arbre ;
et ledit bord extérieur, coopère de manière opérationnelle avec ledit pignon denté, de manière qu'une force ou un moment peut être transmis entre ledit pignon denté et ladite lame.
In addition, said inner edge is attached directly or indirectly to said shaft, by welding, keying or splines and preferably directly welded to the shaft;
and said outer edge operatively co-operates with said sprocket such that force or moment can be transmitted between said sprocket and said blade.

Préférentiellement, ledit bord extérieur à une forme arrondie convexe, s'emboitant sensiblement dans une rainure dudit pignon denté, en forme de creux concave, de dimensions sensiblement identiques, afin de coopérer ensemble de manière opérationnelle.
En outre, chacune desdites rainure en creux concave coopérant avec ladite pluralité de lame, est reliée avec la rainure adjacente, par un bossage de forme arrondi convexe, une distance H séparant le fond d'une rainure et le sommet d'un bossage convexe adjacent.
Preferably, said outer edge has a convex rounded shape, fitting substantially into a groove of said toothed pinion, in the form of a concave hollow, of substantially identical dimensions, in order to cooperate together operationally.
In addition, each of said concave recessed groove cooperating with said plurality of blades, is connected with the adjacent groove, by a boss of rounded convex shape, a distance H separating the bottom of a groove and the top of an adjacent convex boss .

Chaque lame étant réalisée d'un seul tenant d'un bord à l'autre, les concentrations de contraintes en pied de lame sont ainsi évitées et la résistance mécanique est maximisée.
En outre, lesdites extrémité intérieure et extrémité extérieur du ressort de torsion de la présente invention, coopérant directement avec respectivement, ledit arbre et ledit pignon denté, permet que le volume ainsi que la longueur déformable desdites lame est maximisé, ce qui permet d'obtenir à la fois, une flexibilité en torsion et une densité de couple optimale dans un volume donné.
Each blade being made in one piece from one edge to the other, stress concentrations at the foot of the blade are thus avoided and the mechanical resistance is maximized.
Furthermore, said inner end and outer end of the torsion spring of the present invention, cooperating directly with respectively, said shaft and said toothed pinion, allows the volume as well as the deformable length of said blades to be maximized, which makes it possible to obtain both torsional flexibility and optimum torque density in a given volume.

Lorsqu'un couple ou un moment, inférieur à une valeur prédéfinie, est appliqué entre ledit arbre et ledit pignon denté, lesdites lame se déforment élastiquement, sensiblement en flexion, lesdits bord extérieur restant en prise et coopérant avec lesdites rainure, produisant ainsi un décalage angulaire, réversible, entre l'arbre et le pignon denté restant couplés en rotation.
Lorsqu'un couple ou un moment, supérieur à ladite valeur prédéfinie, est appliqué entre ledit arbre et ledit pignon denté, lesdites lame se déforment, sensiblement en flexion, lesdits bord extérieur ne restant pas en prise et ne coopérant plus avec lesdites rainure, rompant ainsi le couplage en rotation entre l'arbre et le pignon denté.
When a torque or a moment, less than a predefined value, is applied between said shaft and said toothed pinion, said blades deform elastically, substantially in bending, said outer edges remaining in engagement and cooperating with said groove, thus producing an offset angular, reversible, between the shaft and the toothed pinion remaining coupled in rotation.
When a torque or a moment, greater than said predefined value, is applied between said shaft and said toothed pinion, said blades deform, substantially in bending, said outer edges not remaining in engagement and no longer cooperating with said groove, breaking thus the rotational coupling between the shaft and the toothed pinion.

La présente invention concerne en outre un réducteur de vitesse à engrenages à axes concourants caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus.The present invention further relates to a gear speed reducer with concurrent axes, characterized in that it comprises at least one device as described above.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques, détails, buts, et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.The invention will be better understood, and other characteristics, details, aims, and advantages thereof will appear more clearly during the detailed explanatory description which follows, of an embodiment of the invention given as purely illustrative and non-limiting example, with reference to the accompanying schematic drawings.

DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF FIGURES

Sur ces dessins :
- est une vue en perspective d'un exemple de mise en œuvre du ressort de torsion selon un mode de réalisation de l'invention, représenté à l'état de repos
In these drawings:
- is a perspective view of an exemplary implementation of the torsion spring according to one embodiment of the invention, shown in the rest state

- est une vue de détail transversale selon la figure 1- is a transverse detail view according to figure 1

- est une vue longitudinale en coupe A-A selon la figure 1- is a longitudinal sectional view AA according to figure 1

- est une vue en perspective du ressort de torsion selon la figure 1- is a perspective view of the torsion spring according to figure 1

- est une vue en perspective d'une lame du ressort de torsion selon la figure 4- is a perspective view of a blade of the torsion spring according to figure 4

- est une vue de détail du ressort de torsion selon la figure 2, représenté à l'état de travail normal- is a detail view of the torsion spring according to figure 2, shown in the normal working state

La est un agencement (1) représentant un exemple de mise en œuvre du ressort de torsion (2) à haute densité de couple et faible raideur selon un mode préféré de réalisation de l'invention, couplant en rotation, de manière souple en torsion, un pignon denté (3) et un arbre (4). Le ressort de torsion (2), le pignon denté (3) et l'arbre (4) pivotant alors sensiblement ensemble, autour de l'axe Y.There is an arrangement (1) representing an example of implementation of the torsion spring (2) with high torque density and low stiffness according to a preferred embodiment of the invention, coupling in rotation, in a torsionally flexible manner, a toothed pinion (3) and a shaft (4). The torsion spring (2), the toothed pinion (3) and the shaft (4) then pivot substantially together, around the Y axis.

Ledit agencement (1) est, ici dans ce mode de réalisation préféré, mais non limitativement, représentatif d'un système déformable de répartition de charge tel que celui visé par la présente invention, dans lequel le ressort de torsion (2) couple en rotation, une paire de pignons denté d'un chemin de force d'un réducteur à engrenages à axes concourants.
Par exemple, une roue dentée, non représentée, transmet une vitesse de rotation et un couple d'entrainement C1 au pignon denté (3)
Un second pignon denté, non représenté, formant avec ledit pignon denté (3), ladite paire de pignons denté d’un chemin de force, est rattaché à l'arbre (4) et exerce sur ce dernier un couple résistant C2.
Said arrangement (1) is, here in this preferred embodiment, but not limited to, representative of a deformable load distribution system such as that covered by the present invention, in which the torsion spring (2) couples in rotation , a pair of toothed pinions of a force path of a gear reducer with concurrent axes.
For example, a toothed wheel, not shown, transmits a speed of rotation and a drive torque C1 to the toothed pinion (3)
A second toothed pinion, not shown, forming with said toothed pinion (3), said pair of toothed pinions of a path of force, is attached to the shaft (4) and exerts on the latter a resistive torque C2.

Dans l'agencement (1) du présent exemple, le pignon denté (3), transmet de manière souple en torsion, par l'intermédiaire du ressort de torsion (2) selon l'invention, la vitesse de rotation et le couple d'entrainement C1 à l'arbre (4), comme suit:
Comme illustré sur la et la , sur un diamètre situé au plus près des dents d'engrenage (3d), le pignon denté (3) comporte une paroi intérieure sensiblement circulaire (3a) coaxiale à l'axe Y, pourvue d'une pluralité de rainure (3b) s'étendant parallèlement à l'axe Y, et équirépartis autour de celui-ci.
In the arrangement (1) of the present example, the toothed pinion (3) transmits flexibly in torsion, via the torsion spring (2) according to the invention, the speed of rotation and the torque of drive C1 to the shaft (4), as follows:
As illustrated on the and the , on a diameter located closest to the gear teeth (3d), the toothed pinion (3) comprises a substantially circular inner wall (3a) coaxial with the Y axis, provided with a plurality of grooves (3b) s 'extending parallel to the Y axis, and evenly distributed around it.

Chaque rainure (3b) de ladite pluralité de rainure, a une forme, préférentiellement mais non limitativement, sensiblement en demi-cercle en creux concave et chaque paires de rainure (3b) adjacentes est reliée par une forme, préférentiellement mais non limitativement, en bossage convexe (3c) sensiblement en forme de demi-cercle, de manière que ladite paroi intérieure circulaire (3a) est ondulée par l'alternance desdites rainure (3b) en creux concave et lesdits bossage convexe (3c), une différence de rayon H séparant le fond d'une rainure (3b) et le sommet d'un bossage convexe (3c) adjacent.Each groove (3b) of said plurality of grooves has a shape, preferably but not limited to, substantially of a concave hollow semicircle and each pair of adjacent grooves (3b) is connected by a shape, preferably but not limited to, of a boss convex (3c) substantially in the shape of a semicircle, so that said circular inner wall (3a) is undulated by the alternation of said concave recessed groove (3b) and said convex boss (3c), a difference in radius H separating the bottom of a groove (3b) and the top of an adjacent convex boss (3c).

En concordance avec chacune desdites rainure (3b) en creux concave, une pluralité de lame (5), s'entendent radialement, d'un bord extérieur (5b) de ladite lame (5), parallèle à l'axe Y et coopérant avec ladite rainure (3b), à un bord intérieur (5a) de ladite lame (5), parallèle à l'axe Y et coopérant avec une paroi cylindrique extérieure (4a) de l'arbre (4).In line with each of said concave hollow groove (3b), a plurality of blades (5) extend radially from an outer edge (5b) of said blade (5), parallel to the Y axis and cooperating with said groove (3b), at an inner edge (5a) of said blade (5), parallel to the Y axis and cooperating with an outer cylindrical wall (4a) of the shaft (4).

Ledit bord extérieur (5b) est de forme arrondie convexe et de dimensions sensiblement identiques à ladite rainure (3b) en creux concave du pignon denté (3), de manière à s'emboiter l'un dans l'autre et à coopérer ensemble de manière opérationnelle.Said outer edge (5b) is of convex rounded shape and of substantially identical dimensions to said hollow concave groove (3b) of the toothed pinion (3), so as to fit into one another and to cooperate together operational way.

Dans le présent exemple, mais non limitativement, la longueur du bord intérieur (5a) de la lame (5) est plus grande que celle du bord extérieur (5b), et les longueurs desdits bords (5a;5b) sont sensiblement centrées l'une par rapport à l'autre.In the present example, but not limited to, the length of the inner edge (5a) of the blade (5) is greater than that of the outer edge (5b), and the lengths of said edges (5a; 5b) are substantially centered one relative to the other.

Lesdites lame (5) convergent radialement desdits bord extérieur (5b) auxdits bord intérieur (5a), en contact avec ladite paroi cylindrique extérieure (4a) de l'arbre (4).
Au voisinage de celle-ci, pour éviter l'interférence avec les lames (5) adjacentes, l'épaisseur de chacune des lames (5) de ladite pluralité de lame (5) est biseautée, parallèlement à l’axe Y, de part et d'autre dudit bord intérieur (5a), générant ainsi deux face biaisée (5a1;5a2), de manière que chacune desdites face biaisée (5a1;5a2), de chacune desdites lame (5), soit en contact coplanaire et alignée avec la face biaisée (5a1;5a2) jouxtante de la lame (5) adjacente.
Said blades (5) converge radially from said outer edge (5b) to said inner edge (5a), in contact with said outer cylindrical wall (4a) of the shaft (4).
In the vicinity of the latter, to avoid interference with the adjacent blades (5), the thickness of each of the blades (5) of said plurality of blades (5) is bevelled, parallel to the Y axis, on either side and on the other side of said inner edge (5a), thus generating two biased faces (5a1; 5a2), so that each of said biased faces (5a1; 5a2), of each of said blades (5), is in coplanar contact and aligned with the biased face (5a1; 5a2) adjoining the blade (5) adjacent.

Ici, dans ce mode de réalisation préféré, mais de manière non limitative, comme illustré sur la et la , la lame (5) s'étend radialement avec une épaisseur constante, symétrique et parallèle à un plan médian passant par l'axe Y et le milieu dudit bord intérieur (5a), c'est-à-dire que ledit plan médian passe aussi par le milieu dudit bord extérieur (5b), et lesdites faces biaisées (5a1;5a2) sont sensiblement symétrique par rapport audit plan médian.Here, in this preferred embodiment, but not limited to, as shown in the and the , the blade (5) extends radially with a constant thickness, symmetrical and parallel to a median plane passing through the Y axis and the middle of said inner edge (5a), that is to say that said median plane passes also through the middle of said outer edge (5b), and said biased faces (5a1; 5a2) are substantially symmetrical with respect to said median plane.

En outre, la pluralité desdites face biaisée (5a1;5a2) sont rattachées entre elles, par exemple, dans ce mode de réalisation préféré, mais non limitativement, par soudage par faisceaux d'électrons, afin de former le ressort de torsion (2) selon la présente invention, comme illustré à la , de forme sensiblement annulaire d'axe de révolution Y, comportant une extrémité intérieure, formée par la pluralité desdits bord intérieur (5a), sensiblement coaxiale à une extrémité extérieure, formée par la pluralité desdits bord extérieur (5b).Furthermore, the plurality of said biased faces (5a1; 5a2) are joined together, for example, in this preferred embodiment, but not limited to, by electron beam welding, in order to form the torsion spring (2) according to the present invention, as illustrated in , of substantially annular shape with an axis of revolution Y, comprising an inner end, formed by the plurality of said inner edges (5a), substantially coaxial with an outer end, formed by the plurality of said outer edges (5b).

Dans ce mode de réalisation préféré, mais de manière non limitative, ledit pignon denté (3), ledit ressort de torsion (2) et ledit arbre (4) sont en matériaux métallique. Afin de rattacher le ressort de torsion (2) à l'arbre (4), ladite extrémité intérieure du ressort de torsion (2), en contact avec la paroi cylindrique extérieure (4a) de l'arbre (4), est rattaché sur celle-ci, par exemple, mais non limitativement, par soudage par faisceaux d'électrons.In this preferred embodiment, but in a non-limiting manner, said toothed pinion (3), said torsion spring (2) and said shaft (4) are made of metallic materials. In order to attach the torsion spring (2) to the shaft (4), said inner end of the torsion spring (2), in contact with the outer cylindrical wall (4a) of the shaft (4), is attached to the latter, for example, but not limited to, by welding by electron beams.

Dans des variantes de réalisation non représentées, ladite extrémité intérieure du ressort de torsion (2) peut, par exemple, être soudé à une bague cannelée, ou encore être elle-même directement rainurée, afin que le ressort de torsion (2) soit couplé en rotation avec l'arbre (4), par l'intermédiaire de cannelures, de clavetage ou tout autres moyens de rattacher le ressort de torsion (2) à l’arbre (4).In variant embodiments not shown, said inner end of the torsion spring (2) can, for example, be welded to a grooved ring, or even be directly grooved, so that the torsion spring (2) is coupled in rotation with the shaft (4), by means of splines, keying or any other means of attaching the torsion spring (2) to the shaft (4).

Dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, lorsqu'un couple d'entrainement C1 est appliqué au pignon denté (3), celui-ci, par l'intermédiaire des rainures (3b) en creux concaves, coopérant avec lesdits bord extérieur (5b) en arrondi convexe de ladite pluralité de lame (5), transmet le couple et entraine en rotation le ressort de torsion (2), autour de l'axe Y.
L'effort du couple C1 passe alors, dans chacune des lames (5) de ladite pluralité de lame (5), du ressort de torsion (2), jusqu'auxdits bord intérieur (5a) rattachés à la paroi cylindrique extérieure (4a) de l'arbre (4).
L'arbre (4) résistant à l'entrainement en rotation avec un couple C2, oblige un couple C1, qui peut être suffisamment grand pour déformer lesdites lame (5) en flexion, toutes de manière sensiblement identique et proportionnellement à l'amplitude de l’effort exercé.
In this preferred embodiment of the invention, when a driving torque C1 is applied to the toothed pinion (3), the latter, via the grooves (3b) in concave hollows, cooperating with the said outer edges (5b) in convex rounding of said plurality of blades (5), transmits the torque and drives the torsion spring (2) in rotation around the Y axis.
The force of torque C1 then passes, in each of the blades (5) of said plurality of blades (5), from the torsion spring (2), to said inner edge (5a) attached to the outer cylindrical wall (4a) of the shaft (4).
The shaft (4) resistant to rotational drive with a torque C2, forces a torque C1, which may be large enough to deform said blades (5) in bending, all in a substantially identical manner and in proportion to the amplitude of the exerted effort.

Avantageusement, la grande quantité de lame (5) du ressort de torsion (2), permet de transmettre un couple C1 élevé avec des lames (5) de faible raideur unitaire, et donc à forte capacité de fléchissement.Advantageously, the large quantity of blade (5) of the torsion spring (2) makes it possible to transmit a high torque C1 with blades (5) of low unit stiffness, and therefore of high bending capacity.

Comme illustré sur la , lorsque le présent couplage en rotation travail normalement, c'est-à-dire lorsqu'un couple C1 est appliqué et que le couple résistant C2 est inférieur à une valeur prédéfinie, lesdites lames (5) fléchissent, lesdits bord extérieur (5b) arrondi convexe, roulent et pivotent, chacun dans leur rainure (3b) en creux concave respectives, du pignon denté (3), en restant en prise avec celles-ci, ce qui a pour effet de produire un décalage angulaire D entre l'arbre (4) et le pignon denté (3), par rapport à une position angulaire au repos, représentée en pointillé sur la .As illustrated on the , when the present rotational coupling works normally, that is to say when a torque C1 is applied and the resistive torque C2 is less than a predefined value, said blades (5) flex, said outer edges (5b) convex rounded, roll and pivot, each in their respective concave recessed groove (3b), of the toothed pinion (3), remaining in engagement therewith, which has the effect of producing an angular offset D between the shaft (4) and the toothed pinion (3), with respect to an angular position at rest, shown in dotted lines on the .

Dans le cas, non illustré, ou le couple résistant C2 est exceptionnellement élevé et supérieur au couple attendu d'une utilisation normale, c'est-à-dire supérieur à ladite valeur prédéfinie, lesdites lames (5) fléchissent exagérément, au point que lesdits bord extérieur (5b) ne restent pas en prise et se dégagent desdites rainure (3b) en creux concave du pignon denté (3), désaccouplant ainsi en rotation l'arbre (4) et le pignon denté (3). Ce désaccouplement permettant ainsi une fonction de limiteur de couple au système déformable de partage de la charge visé par la présente invention.In the case, not shown, where the resistant torque C2 is exceptionally high and greater than the torque expected from normal use, that is to say greater than said predefined value, said blades (5) flex excessively, to the point that said outer edges (5b) do not remain in engagement and disengage from said concave hollow groove (3b) of the toothed pinion (3), thus uncoupling in rotation the shaft (4) and the toothed pinion (3). This uncoupling thus allowing a torque limiter function for the deformable load sharing system targeted by the present invention.

En fonction des objectifs de conception souhaités, comme notamment, le rapport entre la densité de couple et la flexibilité souhaitée, diverses variantes du ressort de torsion (2) selon la présente invention, peuvent être apportées par l'homme du métier, les détails du mode de réalisation divulgué ici à titre d'exemple, pouvant influencer une configuration particulière non représentée, comme, par exemple, des lames (5) courbées ou conformées ayant une épaisseur constante ou non, un contour ou un profil particulier, ou encore un rainurage du pignon denté (3) de forme différente.Depending on the desired design objectives, such as, in particular, the ratio between the torque density and the desired flexibility, various variants of the torsion spring (2) according to the present invention, can be provided by those skilled in the art, the details of the embodiment disclosed here by way of example, which may influence a particular configuration not shown, such as, for example, curved or shaped blades (5) having a constant thickness or not, a particular contour or profile, or even a grooving of the toothed pinion (3) of different shape.

Il faut donc comprendre que, dans le cadre des revendications annexées, la présente invention peut être mise en pratique autrement que ce qui est spécifiquement décrit ci-dessus.It should therefore be understood that within the scope of the appended claims, the present invention may be practiced other than as specifically described above.

Claims (11)

Ressort de torsion (2) haute densité de couple à faible raideur, préférentiellement pour réducteur à engrenages à axes concourants, couplant en rotation un arbre (4) à un pignon denté (3), comportant ;
une pluralité de lame (5), équiréparties autour d'un axe Y et s'étendant radialement ;
chacune desdites lame (5), comportant un bord intérieur (5a), parallèle et proximal de l'axe Y, ayant une dimension, dans la direction de l’axe Y, égale ou supérieure, à un bord extérieur (5b), parallèle et distal de l'axe Y ;
ledit bord extérieur (5b), étant configuré pour coopérer de manière opérationnelle avec un pignon denté (3) d'axe de rotation sensiblement confondu avec l'axe Y ;
ledit bord intérieur (5a), étant configuré pour coopérer de manière opérationnelle avec un arbre (4) d'axe de rotation sensiblement confondu avec l'axe Y ; et
chacune desdites lame (5) comportant en outre, de part et d’autre dudit bord intérieur (5a), une face biaisée (5a1;5a2) s'entendant parallèlement à l'axe Y ;
caractérisé en ce que chacune desdites face biaisée (5a1;5a2), de ladite lame (5), de ladite pluralité de lame (5), est en contact coplanaire et alignée, avec la face biaisée (5a1;5a2) jouxtante de la lame (5) adjacente, de manière que ladite pluralité de lame (5), forme une forme annulaire d'axe de révolution Y. La pluralité desdites face biaisée (5a1;5a2) étant rattachées entre elles.
Torsion spring (2) high torque density with low stiffness, preferably for gear reducer with concurrent axes, coupling in rotation a shaft (4) to a toothed pinion (3), comprising;
a plurality of blades (5), evenly distributed around a Y axis and extending radially;
each of said blades (5), comprising an inner edge (5a), parallel and proximal to the Y axis, having a dimension, in the direction of the Y axis, equal to or greater than an outer edge (5b), parallel and distal to the Y axis;
said outer edge (5b), being configured to cooperate operatively with a toothed pinion (3) whose axis of rotation substantially coincides with the Y axis;
said inner edge (5a), being configured to cooperate operatively with a shaft (4) whose axis of rotation substantially coincides with the Y axis; And
each of said blades (5) further comprising, on either side of said inner edge (5a), an angled face (5a1; 5a2) extending parallel to the Y axis;
characterized in that each of said biased face (5a1; 5a2), of said blade (5), of said plurality of blades (5), is in coplanar and aligned contact, with the biased face (5a1; 5a2) adjoining the blade (5) adjacent, so that said plurality of blade (5) forms an annular shape of axis of revolution Y. The plurality of said biased face (5a1; 5a2) being attached to each other.
Ressort de torsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites face biaisée (5a1;5a2) sont sensiblement symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan médian passant par l'axe Y et le milieu dudit bord intérieur (5a), ladite lame (5) ayant une épaisseur constante, symétrique et parallèle audit plan médian.Torsion spring according to Claim 1, characterized in that the said biased faces (5a1; 5a2) are substantially symmetrical to each other with respect to a median plane passing through the Y axis and the middle of the said inner edge (5a ), said blade (5) having a constant thickness, symmetrical and parallel to said median plane. Ressort de torsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite lame (5) a une forme ou un profil droit, courbé ou conformé, déterminé en fonction de la déflexion angulaire souhaitée pour un couple donné.Torsion spring according to Claim 1, characterized in that the said blade (5) has a shape or a straight, curved or shaped profile, determined according to the angular deflection desired for a given torque. Ressort de torsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité desdites face biaisée (5a1;5a2) sont rattachées entre elles par soudage.Torsion spring according to claim 1, characterized in that the plurality of said biased faces (5a1; 5a2) are joined together by welding. Ressort de torsion selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bord extérieur (5b), coopère de manière opérationnelle avec ledit pignon denté (3), de manière qu'une force ou un moment peut être transmis entre ledit pignon denté (3) et ladite lame (5).Torsion spring according to the preceding claims, characterized in that said outer edge (5b), operatively cooperates with said toothed pinion (3), so that a force or a moment can be transmitted between said toothed pinion (3) and said blade (5). Ressort de torsion selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit bord extérieur (5b) à une forme arrondie convexe, s'emboitant sensiblement dans une rainure (3b) dudit pignon denté, en forme de creux concave, de dimensions sensiblement identiques, afin de coopérer ensemble de manière opérationnelle.Torsion spring according to Claim 5, characterized in that the said outer edge (5b) has a convex rounded shape, fitting substantially into a groove (3b) of the said toothed pinion, in the form of a concave hollow, of substantially identical dimensions, in order to cooperate together in an operational way. Ressort de torsion selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune desdites rainure (3b) en creux concave coopérant avec ladite pluralité de lame (5), est reliée avec la rainure (3b) adjacente, par un bossage (3c) de forme arrondie convexe, une distance H séparant le fond d'une rainure (3b) et le sommet d'un bossage convexe (3c) adjacent.Torsion spring according to Claim 6, characterized in that each of the said hollow concave grooves (3b) cooperating with the said plurality of blades (5) is connected with the adjacent groove (3b) by a boss (3c) of rounded shape. convex, a distance H separating the bottom of a groove (3b) and the top of an adjacent convex boss (3c). Ressort de torsion selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bord intérieur (5a), est rattaché directement ou indirectement audit arbre (4), par soudage, clavetage ou cannelures.Torsion spring according to the preceding claims, characterized in that the said inner edge (5a) is attached directly or indirectly to the said shaft (4), by welding, keying or splines. Ressort de torsion selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsqu'un couple ou un moment, inférieur à une valeur prédéfinie, est appliqué entre ledit arbre (4) et ledit pignon denté (3), lesdites lame (5) se déforment élastiquement, sensiblement en flexion, lesdits bord extérieur (5b) restant en prise et coopérant avec lesdites rainure (3b), produisant ainsi un décalage angulaire, réversible, entre l'arbre (4) et le pignon denté (3) restant couplés en rotation.Torsion spring according to the preceding claims, characterized in that when a torque or a moment, lower than a predefined value, is applied between said shaft (4) and said toothed pinion (3), said blades (5) deform elastically , substantially in bending, said outer edge (5b) remaining in engagement and cooperating with said groove (3b), thus producing an angular shift, reversible, between the shaft (4) and the toothed pinion (3) remaining coupled in rotation. Ressort de torsion selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsqu'un couple ou un moment, supérieur à ladite valeur prédéfinie, est appliqué entre ledit arbre (4) et ledit pignon denté (3), lesdites lame (5) se déforment, sensiblement en flexion, lesdits bord extérieur (5b) ne restant pas en prise et ne coopérant plus avec lesdites rainure (3b), rompant ainsi le couplage en rotation entre l'arbre (4) et le pignon denté (3).Torsion spring according to the preceding claims, characterized in that when a torque or a moment, greater than said predefined value, is applied between said shaft (4) and said toothed pinion (3), said blades (5) deform, substantially in flexion, said outer edge (5b) not remaining in engagement and no longer cooperating with said groove (3b), thus breaking the rotational coupling between the shaft (4) and the toothed pinion (3). Réducteur de vitesse à engrenages à axes concourants caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes.Gear reducer with concurrent axes, characterized in that it comprises at least one device according to one of the preceding claims.
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