FR2712366A1 - Train réducteur à engrenages, en particulier pour équipement de bureau, comprenant un mécanisme réducteur à engrenages du type planétaire et à engrènement intérieur. - Google Patents
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Abstract
Le train réducteur à engrenages comporte un mécanisme réducteur à engrenages du type planétaire et à engrènement intérieur, logé dans un boîtier. Il comporte un corps excentrique (30) entraîné en rotation par un moteur (10), une roue d'engrenage extérieure tournant à pivotement autour dudit corps excentrique; une roue d'engrenage intérieure (33) fixée au boîtier (40, 41) et engrenant avec la roue d'engrenage extérieure (32); des moyens d'extraction sélective de composante (32a, 34a) pour absorber la composante de pivotement de ladite roue d'engrenage extérieure (32) et transmettre uniquement la composante de rotation de ladite roue d'engrenage extérieure (32); et un arbre de sortie (36) relié par lesdits moyens (32a, 34a) à la roue d'engrenage extérieure (32). Application à un train réducteur assurant les fonctions de limiteur de couple et d'interdiction de rotation en sens inverse.
Description
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TRAIN REDUCTEUR A ENGRENAGES,
EN PARTICULIER POUR DE L'EQUIPEMENT DE BUREAU
La présente invention se rapporte à un train réduc-
teur à engrenages, utilisable en particulier pour des élévateurs prévus dans de l'équipement de bureaux, tel
que les machines à photocopier.
On a représenté sur les figures 4 et 5 un appareil
utilisé pour de l'équipement de bureaux, tel que des ma-
chines à photocopier. L'appareil est constitué par une combinaison d'un train réducteur à engrenages muni de couples d'engrenages à profil en développante de cercle
et à axes parallèles, et d'un moteur.
Dans cet appareil, la puissance de sortie d'un moteur est transmise à un arbre de sortie 104 par l'intermédiaire de cinq étages de couples d'engrenages en développante (102A à 102E). La caractéristique de sortie (couple de sortie en fonction de la vitesse de rotation) est représentée par la ligne en traits pleins à la figure
6, repérée par une flèche.
En général, le mécanisme réducteur utilisé pour des organes de levage de l'équipement de bureau, tels que les machines à photocopier, nécessite les caractéristiques suivantes reportées sur le graphique de la figure 6, qui indique en abcisses les couples de sortie et en ordonnées les vitesses de rotation de l'arbre de sortie de réducteur, par exemple en tours/minute: i) une vitesse de rotation sans charge A; ii) une vitesse de rotation B pour la charge nominale; iii) un couple nominal C; et
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iv) un couple de blocage D (couple maximal transmissible), qui sont par exemple repérés sur le graphique par les lignes respectives en tirets fins, et en tirets espacés à la figure 6. Le mécanisme de réduction nécessite en outre une fonction d'interdiction de rotation en sens inverse, c'est-à-dire une fonction de retenue en position de
l'arbre de sortie 104.
Le train réducteur à engrenages décrit ci-dessus et utilisant une cascade d'engrenages en développante, ne peut cependant assurer suffisamment les caractéristiques mentionnées ci-dessus. Par exemple, pour satisfaire à la caractéristique du couple de blocage décrit en iv), c'est-à-dire pour satisfaire à la caractéristique permettant d'empêcher l'apparition d'un couple de sortie supérieur à une valeur prédéterminée afin de protéger un organe entrainé, le train réducteur à engrenages en développante doit être muni additionnellement d'un appareil de prévention de surcharge, tel qu'un mécanisme de limitation de couple ou un mécanisme de protection contre les surintensités. De plus, dans un train réducteur à engrenages en développante, le rendement en démarrage du côté de la sortie est élevé (valeur positive), et en conséquence, lorsqu'une charge supérieure à une valeur prédéterminée est appliquée du côté de la sortie, l'arbre de sortie est entraîné en rotation en sens inverse. En conséquence, il n'est pas possible de maintenir en position l'arbre de sortie. A cet égard, afin de maintenir la position de l'arbre de sortie 104, c'est-à-dire d'empêcher la rotation en sens inverse de l'arbre de sortie 104, le train réducteur à engrenages en développante est muni additionnellement d'un mécanisme de retenue en position de l'arbre de sortie ou d'empêchement de la rotation de cet arbre en
sens inverse.
Comme décrit ci-dessus, le train réducteur à engre-
nages de l'art antérieur utilisant des cascades d'engrenages en développante, est nécessairement muni
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d'un mécanisme additionnel lorsqu'il est utilisé pour de
l'équipement de bureau nécessitant de disposer d'une ca-
ractéristique de couple de blocage ainsi que de la fonc-
tion d'interdiction de la rotation en sens inverse. En conséquence, il est difficile de réduire la taille, le poids et le coût des trains réducteurs à engrenages selon
l'art antérieur utilisés pour de l'équipement de bureau.
Un objet de la présente invention consiste précisé-
ment à proposer un train réducteur à engrenages qui soit excellent en ce qui concerne le rendement en réducteur en
fonctionnement courant, et qui présente en outre une ca-
ractéristique de couple de blocage adéquat et une fonc-
tion d'interdiction de rotation en sens inverse de l'arbre de sortie sans qu'il soit nécessaire de prévoir
l'addition d'aucun mécanisme spécial.
La présente invention résout les problèmes exposés ci-dessus pour un train réducteur à engrenages destinés à de l'équipement de bureau, et qui comporte un mécanisme réducteur à engrenages du type planétaire à engrènement intérieur, logé dans un boîtier, et qui comprend: un corps excentrique entraîné en rotation par la puissance de sortie d'un moteur; une roue d'engrenage à denture extérieure réalisée en matière plastique telle qu'une
résine, et qui est entraînée en rotation de façon pi-
votante autour dudit corps excentrique; une roue d'engrenage à denture intérieure réalisée en matière plastique telle qu'une résine, qui est fixée sur ledit boîtier et qui engrène intérieurement avec ladite roue d'engrenage à denture extérieure réalisée en résine; des moyens d'extraction sélective de composante pour absorber la composante de pivotement de ladite roue d'engrenage à denture extérieure et extraire uniquement la composante de rotation de ladite roue d'engrenage à denture extérieure; un arbre de sortie relié à ladite roue d'engrenage à denture extérieure par l'intermédiaire desdits moyens d'extraction de composante et qui est réalisée en un métal présentant une rigidité supérieure à celle de la résine constituant ladite roue d'engrenage à
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denture extérieure et ladite roue d'engrenage à denture intérieure; et un palier disposé entre ledit corps
excentrique et ladite roue d'engrenage à denture exté-
rieure, et qui est réalisé en un métal présentant une grande rigidité. Selon un mode de réalisation préféré, le palier entre le corps excentrique et la roue d'engrenage à denture extérieure est constitué par un palier coulissant formé
d'une bague métallique.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le corps excentrique est formé solidaire d'une roue d'engrenage transmettant la puissance d'un moteur, et est
disposé autour de l'arbre de sortie.
La présente invention vise à obtenir une ca-
ractéristique de couple de blocage adéquate et une fonction d'interdiction de la rotation en sens inverse de l'arbre de sortie sans qu'il soit nécessaire d'ajouter aucun mécanisme spécial. A cet effet, le mécanisme de train réducteur à engrenages du type planétaire et à engrènement intérieur est utilisé comme mécanisme de
réduction de base.
Ce mécanisme de réduction comporte un corps excen-
trique entraîné en rotation par la puissance de sortie d'un moteur; une roue d'engrenage à denture extérieure entraînée en rotation pivotante autour du corps excentrique, une roue d'engrenage à denture intérieure fixée sur un boîtier et engrenant intérieurement avec la roue d'engrenage à denture extérieure; et un arbre de sortie relié à la roue d'engrenage à denture extérieure par des moyens absorbant la composante de pivotement de la roue d'engrenage à denture extérieure et extrayant ou transmettant la composante de rotation de cette roue d'engrenage extérieure. La structure de base du mécanisme
de réduction lui-même est bien connue.
Dans la présente invention, le mécanisme de train ré-
ducteur à engrenages du type planétaire et à engrènement intérieur est utilisé comme train réducteur pour de l'équipement de bureau. En outre, parmi les organes du
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mécanisme de réduction, chacune parmi la roue d'engrenage à denture extérieure et la roue d'engrenage à denture intérieure est réalisée en une résine telle qu'une matière plastique présentant une rigidité faible (susceptible d'être déformée élastiquement). Par
ailleurs, l'arbre de sortie est réalisé en un métal pré-
sentant une rigidité supérieure à celle de la résine ci-
dessus. Un palier qui est réalisé en métal présentant une grande rigidité, est disposé entre le corps excentrique
et la roue d'engrenage à denture extérieure.
Lorsque l'on applique une charge excessive sur le mé-
canisme de réduction, la roue d'engrenage à denture extérieure et la roue d'engrenage à denture intérieure sont déformées élastiquement et le nombre de dents engrenant l'une avec l'autre est augmenté. Cette augmentation augmente les pertes d'engrènement, de manière à diminuer le couple de sortie, de sorte que l'on peut garantir une caractéristique de couple de blocage adéquate sans avoir besoin d'ajouter aucun mécanisme
spécial tel qu'un mécanisme limiteur (de couple).
Le mécanisme de train réducteur à engrenages du type planétaire et à engrènement intérieur lui-même ne peut à l'origine que difficilement être entraîné en rotation en sens inverse par une charge du côté de l'arbre de sortie,
du fait du très important rapport de réduction de ce mé-
canisme de train réducteur. En outre, pour une telle structure, selon la présente invention, chacune des roues d'engrenage à denture extérieure et des roues d'engrenage à denture intérieure est réalisée en un matériau apte à être aisément déformé, de sorte que les parties en engrènement entre la roue d'engrenage à denture extérieure et la roue d'engrenage à denture intérieure sont déformées et engagées les unes dans les autres même
si une charge est appliquée du côté de l'arbre de sortie.
En conséquence, il devient possible d'obtenir une fonction d'interdiction de la rotation en sens inverse, c'est-à-dire de maintien en position sans avoir à ajouter
un mécanisme special.
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De façon classique, le mécanisme de train réducteur à engrenages du type planétaire, à engrènement intérieur et réalisé de façon entièrement moulée en résine, tel qu'une matière plastique, a été utilisé pour des applications autres que l'équipement de bureau. Cependant, dans le cas o on utilise un train réducteur à engrenages de ce type
pour de l'équipement de bureau, il apparaît les in-
convénients suivants. Lorsqu'une charge importante est appliquée sur l'arbre de sortie par un opérateur, les constituants en résine ne peuvent pas résister à la
charge appliquée du fait de leur faible résistance méca-
nique. En outre, les forces s'opposant à la rotation entre les organes, particulièrement la résistance à la rotation et au glissement entre le corps excentrique et la roue d'engrenage à denture extérieure, sont
excessivement augmentées, ce qui réduit le rendement.
Dans la présente invention, chacune des roues d'engrenage à denture extérieure et des roues d'engrenage à denture intérieure est réalisée en résine. Cependant, l'arbre de sortie constituant une partie essentielle (centrale) pour l'assemblage du train réducteur, cet arbre est réalisé en un métal présentant une rigidité importante, et un palier en métal est disposé entre le corps excentrique et la roue d'engrenage à denture extérieure. Il s'ensuit que l'on peut résoudre tous les
problèmes décrits ci-dessus.
En outre, dans la présente invention, à l'exception de la roue d'engrenage à denture extérieure, de la roue d'engrenage à denture intérieure, de l'arbre de sortie, et du palier disposé entre le corps excentrique et la roue d'engrenage à denture extérieure, les autres organes ne souffrent d'aucune limitation en ce qui concerne les matériaux pour leur réalisation et peuvent être réalisés en tout matériau adéquat en fonction des applications
concrètes.
Comme décrit ci-dessus, selon la présente invention, la fonction d'interdiction des surcharges ou de la rotation en sens inverse peut être réalisée sans qu'il
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soit nécessaire d'ajouter aucun mécanisme spécial, et la transmission de puissance avec un rapport de réduction
élevé peut être réalisée de façon efficace en fonctionne-
ment courant tout en utilisant une structure très com-
pacte. En conséquence, la présente invention est très ef- ficace pour obtenir un train réducteur à engrenages convenant pour les élévateurs de l'équipement de bureau
ou similaire.
D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaî-
tront à la lecture de la description d'un mode de réali-
sation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue latérale en coupe d'un moteur couplé à des engrenages pour l'équipement de bureau et utilisant un mécanisme de réducteur à engrenages du type planétaire et à engrènement intérieur, selon la présente invention; - la figure 2 est une vue de côté du moteur couplé par des engrenages de la figure 1, selon la flèche II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe à plus grande
échelle prise le long de la ligne III-III de la fi-
gure 1, pour expliquer l'état d'engrènement entre une roue d'engrenage à denture extérieure et une roue d'engrenage à denture intérieure; - la figure 4 est une vue en coupe représentant un exemple d'un moteur couplé par des engrenages, selon l'art antérieur, pour des équipements de bureau;
- la figure 5 est une vue de côté de la partie du méca-
nisme réducteur à engrenages de la figure 4, vue car-
ter ouvert; et
- la figure 6 est un diagramme montrant la caractéris-
tique requise pour un train réducteur à engrenages destiné à de l'équipement de bureau (caractéristique en tirets espacés qui s'écarte de la caractéristique
en traits pleins des réducteurs à engrenages connus).
On va décrire ci-après un mode de réalisation de la
présente invention, en détail et en référence au dessin.
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Les figures 1 à 3 représentent un moteur couplé par un
train d'engrenages selon la présente invention.
A la figure 1, un pignon d'engrenage 20 est prévu au-
tour d'un arbre de moteur 11 d'un moteur 10. Le pignon d'engrenage 20 engrène avec une roue d'engrenage intermé- diaire 21 supportée à rotation par un axe 22. La roue d'engrenage intermédiaire 21 engrène avec une roue d'engrenage 23 montée à rotation autour d'un arbre de sortie 36. La roue d'engrenage 23 est solidaire (monobloc) d'un corps excentrique 30. Grâce à cet agencement, le corps excentrique 30 est entraîné en rotation autour de l'arbre de sortie 36 par la rotation
de la roue d'engrenage 23.
Une roue d'engrenage à denture extérieure 32 est mon-
tée autour de la périphérie extérieure du corps excen-
trique 30 par l'intermédiaire d'un palier coulissant (bague métallique) 31 réalisé en métal. La roue d'engrenage à denture extérieure 32 comporte une pluralité de trous de broche intérieurs 32a traversant la
roue d'engrenage à denture extérieure 32 dans la direc-
tion axiale. Une denture extérieure 32b présentant un profil de denture en trochoide et engrenant avec la roue d'engrenage à denture intérieure 33 (couronne dentée) est prévue autour de la périphérie extérieure de la roue
d'engrenage à denture extérieure 32.
La couronne dentée 33 comporte une denture intérieure 33b qui présente un profil de denture en arc circulaire, et engrène intérieurement avec la denture extérieure 32b de la roue d'engrenage à denture extérieure 32. La roue d'engrenage à denture intérieure 33 est fixée sur un boîtier 40 par l'intermédiaire d'une pièce de
verrouillage 33a.
Chacune des roues d'engrenage à denture extérieure 32
et à denture intérieure 33 est réalisée en matière plas-
tique (résine) présentant une faible rigidité
(susceptible d'être déformée aisément).
Par ailleurs, un flasque de broches 34 est fixé sur l'arbre de sortie 36 par l'intermédiaire d'une clavette
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élastique 35. Des broches 34a, qui sont susceptibles
d'être montées librement dans les trous de broches inté-
rieurs 32a de la roue d'engrenage extérieure 32, sont formées monobloc avec le flasque de broches 34, de façon à faire saillie par rapport à ce flasque. L'arbre de sortie 36 est supporté à rotation dans des trous formés respectivement dans les boîtiers 41 et 40 et il est
réalisé en un métal présentant une rigidité importante.
Le boîtier 40 est fixé au boîtier 41 par l'intermédiaire d'une vis 50 ou similaire qui est fixée à un organe correspondant. On va maintenant décrire ci-dessous le fonctionnement du mode de réalisation. Lorsque l'arbre de moteur 11 du moteur 10 est entraîné en rotation, la roue d'engrenage 23 est entraînée en rotation à une vitesse de rotation réduite autour de l'arbre de sortie 36, par l'intermédiaire du pignon d'engrenage 20 et de la roue d'engrenage intermédiaire 21. Le corps excentrique 30
monobloc avec la roue d'engrenage 23 est également en-
traîné en rotation à la même vitesse de rotation.
La roue d'engrenage à denture extérieure 32 est des-
tinée à être entraînée en rotation de façon pivotante au-
tour de l'arbre de sortie 36 (autour du corps excentrique
) par la rotation de ce corps excentrique 30. Cepen-
dant, du fait que sa rotation est limitée par la roue d'engrenage à denture intérieure 33 fixée au boîtier 40, la roue d'engrenage à denture extérieure 32 est obligée de sensiblement pivoter lorsqu'elle engrène avec la roue
d'engrenage à denture intérieure 33.
Si l'on suppose que le nombre de dents de la roue d'engrenage à denture extérieure 32 est N et que le
nombre de dents de la roue d'engrenage à denture inté-
rieure 33 est (N+1), la différence du nombre de dents entre ces roues est ainsi de 1. En conséquence, chaque fois que le corps excentrique 30 tourne d'un tour, la roue d'engrenage à denture extérieure 32 est décalée (tourne sur son axe) d'une dent par rapport à la roue
d'engrenage à denture intérieure 33 fixée au boîtier 40.
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Ceci signifie qu'un tour du corps excentrique 30 est transformé en une rotation de -1/N tour de la roue
d'engrenage à denture extérieure 32 (l'indication "-" re-
présente la rotation en sens inverse).
De même que pour la rotation de pivotement de la roue
d'engrenage à denture extérieure 32, la composante de pi-
votement est absorbée par les intervalles entre les trous de broche intérieure 32a et les broches intérieures 34a, et seule la composante de rotation est transmise au
flasque de broches 34 par l'intermédiaire des broches in-
térieures 34a. Du fait que le flasque de broches 34 est fixé à l'arbre de sortie 36 par la clavette élastique 35, la rotation de -1/N tours de la roue d'engrenage à denture extérieure 32 est transmise à l'arbre de sortie 36. Dans le présent mode de réalisation, chacune, parmi la roue d'engrenage à denture extérieure 32 et la roue d'engrenage à denture intérieure 33, est réalisée en un matériau présentant un faible module d'élasticité (et donc susceptible d'être déformé, ou présentant une faible rigidité). Lorsqu'un couple supérieur à celui nécessaire pour la machine correspondante à entraîner est appliqué, du fait que la charge appliquée augmente, la quantité de déformation élastique de la roue d'engrenage à denture
extérieure 32 et de la roue d'engrenage à denture inté-
rieure 33 augmente et le nombre de dents en engrènement les unes avec les autres est augmenté, comme on le voit à la figure 3 par les indices représentés respectivement par * et par A à la figure 3. L'indice * est appliqué aux dents de la roue à denture extérieure 32 qui engrènent avec une dent correspondante de la couronne dentée 33 à denture intérieure lorsque l'on applique la charge ou le couple nominal. L'indice A est appliqué aux dents supplémentaires de la roue 32 qui viennent engrener (au contact) avec des dents correspondantes de la
couronne 33 lorsque l'on applique le couple de blocage.
Il s'ensuit que les positions d'engrènement des dents sont décalées, c'est-à-dire que l'angle de pression
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d'engrènement est modifié de telle sorte que les pertes d'engrènement sont augmentées. On peut ainsi concevoir la transmission par engrenage du moteur de telle façon que son rendement soit réduit lorsque la charge résistante augmente ou utilisant la fonction qui vient d'être décrite. Il devient aussi possible d'obtenir ce que l'on appelle une caractéristique de blocage de couple (fonction d'interdiction de surcharge), en fait la fonction qui consiste à empêcher le couple de sortie de dépasser une valeur spécifiée prédéterminée, et ceci sans avoir à ajouter aucun mécanisme spécial tel qu'un
mécanisme limiteur de couple.
Dans le cas o un couple entraînant en rotation l'arbre de sortie 36 est accidentellement appliquée du côté de l'arbre de sortie 36, ce couple provoque une déformation élastique entre la roue d'engrenage à denture extérieure 32 et la roue d'engrenage à denture intérieure 33, en fonction de la charge appliquée, de telle façon que le moteur ne puisse pas être entraîné en rotation en sens inverse par le couple appliqué sur l'arbre de sortie 36. On peut ainsi réaliser facilement le mécanisme de maintien en position d'arrêt de l'arbre de sortie 36
(fonction d'interdiction de la rotation en sens inverse).
En ce qui concerne la fonction d'interdiction de surcharge, ou la fonction d'interdiction de rotation en sens inverse, son effet est en outre assuré par le fait que la roue d'engrenage à denture extérieure 32 est supportée par un palier coulissant constitué d'une bague métallique. En fait, lorsque la ligne axiale (l'axe) de la roue d'engrenage à denture extérieure 32 est basculée légèrement par rapport à la ligne axiale de l'arbre de sortie 36 ou du corps excentrique 30 par la déformation de la roue d'engrenage à denture extérieure 32, la résistance au coulissement du palier coulissant est augmentée de manière significative, ce qui augmente les pertes de la transmission de puissance, de manière à améliorer la fonction d'interdiction de surchage ou la
fonction d'interdiction de rotation en sens inverse.
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De façon additionnelle, du fait que le mécanisme ré-
ducteur à engrenages est monté autour d'un arbre de sortie réalisé en métal, on peut monter cet arbre de façon précise dans des paliers pour qu'il constitue une pièce essentielle (centrale) de l'appareil. Ceci permet de réaliser de façon progressive la transmission de puissance habituelle vers la sortie pour toutes les
valeurs de couple inférieures à la valeur de sortie nomi-
nale, et de maintenir un couple de sortie très stable, même en cas de la variation de la charge à ce niveau, du fait de la très forte rigidité de montage de l'arbre de
sortie 36.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit
de l'invention.
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Claims (3)
1.- Train réducteur à engrenages, en particulier pour de l'équipement de bureau, comprenant un mécanisme de train réducteur à engrenages du type planétaire à engrènement intérieur, logé dans un boîtier, caractérisé en ce qu'il comporte: un corps excentrique (30) entraîné en rotation par la puissance de sortie d'un moteur (10); une roue d'engrenage à denture extérieure (32) réalisée en matière plastique telle qu'une résine, et qui est entraînée en rotation de façon pivotante autour dudit corps excentrique (30); une roue d'engrenage à denture intérieure (33) réalisée en matière plastique telle qu'une résine, qui est fixée sur ledit boîtier (40, 41) et qui engrène intérieurement avec ladite roue d'engrenage à denture extérieure (32); des moyens d'extraction sélective de composante (32a, 34a) pour absorber la composante de pivotement de ladite roue d'engrenage à denture extérieure (32) et n'extraire que la composante de rotation de ladite roue d'engrenage à denture extérieure (32); un arbre de sortie relié à ladite roue d'engrenage à denture extérieure (32) par l'intermédiaire desdits moyens d'extraction de composante (32a, 34a) et qui est réalisé en un métal présentant une rigidité supérieure à celle de la résine constituant ladite roue d'engrenage à denture extérieure (32) et ladite roue d'engrenage à denture intérieure (33); et un palier (31) disposé entre ledit corps excentrique (30) et ladite roue d'engrenage à denture extérieure (32), et qui
est réalisé en un métal présentant une grande rigidité.
2.- Train réducteur à engrenages pour de l'équipement de bureau, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit palier (31) entre ledit corps excentrique (30) et ladite roue d'engrenage à denture extérieure (32) est constitué par un palier coulissant (31) formé d'une bague
métallique.
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3.- Train réducteur à engrenages, en particulier pour de l'équipement de bureau, selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que ledit corps excentrique (30) est formé solidaire d'une roue d'engrenage (23) transmettant5 la puissance d'un moteur (10), et est disposée autour dudit arbre de sortie (36).
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