Dispositif de vis-mère et écrou La présente invention a pour objet un dispositif de vis-mère et écrou, caractérisé par au moins un groupe d'au moins trois creusures réparties sur la circonférence du filet de l'écrou, lesdites creusures étant raccordées à une source de liquide sous pres sion de manière qu'un courant de liquide sous pres sion s'écoule continuellement à partir de chaque creusure vers une région d'évacuation, en passant par le jeu entre les surfaces coopérantes des filets de l'écrou et de la vis-mère,
le tout étant agencé de manière que la modification de jeu résultant d'un dé placement radial de la vis-mère et de l'écrou l'un par rapport à l'autre provoque la création d'une force hydraulique résultante tendant à ramener la vis-mère et l'écrou en position centrée l'un par rapport à l'autre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe transversale suivant la ligne I-I de la fig. 2 d'une première forme d'exécu tion, les fig. 2 et 3 sont respectivement des coupes lon gitudinales suivant les lignes II-II et III-III de la fig. 1, les fig. 4, 5 et 6 sont respectivement des vues semblables à celles des fig. 1, 2 et 3 d'une deuxième forme d'exécution,
et la fig. 7 est une vue de côté partiellement en coupe d'un système de transmission à vis-mère utili sant le mécanisme des fig. 1 à 3.
La forme d'exécution des fig. 1 à 3, sous la forme d'un mécanisme à vis-mère pour une machine outil, comprend une vis-mère rotative 10 et un écrou coopérant non rotatif 11 fixé à un trainard coulissant non représenté, l'écrou 11 étant vissé sur la vis-mère 10 de sorte qu'il est déplacé axialement le long de la vis-mère avec le trainard par la rotation de la vis- mère.
L'écrou et la vis-mère ont des filets. de vis héli coïdaux coopérants interne et externe 12 et 12a de section trapézoïdale avec une crête plate coupée au droit, les angles des flancs et le pas des filets étant choisis en fonction de la proportion de charge de poussée et de charge de palier éventuelle, et à d'autres facteurs dépendant de l'application particulière du mécanisme à vis-mère.
Des creusures 13 et 14 sont taillées dans les sur faces des flancs 15 - et 16 respectivement de l'écrou. Dans la présente forme d'exécution, le filet de l'écrou 12 a huit tours complets en engagement et vingt- quatre creusures 14 sont distribuées circonférentielle- ment en trois groupes espacés de 1200 autour de l'axe de l'écrou 11 sur le flanc 15.
De l'huile sous pression débitée par une pompe ou autre source est amenée à chacun des trois groupes de creusures 14 à travers un étranglement limiteur d'écoulement as socié, indiqué schématiquement en 17, un passage d'huile longitudinal 18 formé dans le corps de l'écrou parallèlement à son axe et huit passages de branche ment individuels 19 menant du passage longitudinal 18 aux creusures individuelles. Les trois passages longitudinaux 18, dont un seul est visible à la fig. 2, sont fermés par des bouchons 20 à une extrémité et chacun est connecté à son autre extrémité au moyen d'une connexion 21 et d'un tronçon de tuyau 22 à son étranglement limiteur d'écoulement associé.
Semblablement, comme montré à la fig. 3, les vingt-quatre creusures 13 formées dans l'autre flanc 15 du filet 12a de l'écrou sont connectées en trois groupes circonférentiellement espacés de huit à tra vers des passages de branchement 23 et des passages longitudinaux 24 à trois étranglements limiteurs d'écoulement 25. Les étranglements 17 et 25 peuvent commodément être incorporés aux connexions 21 quoique pour plus de clarté ils aient été représentés séparément sur le dessin.
Un léger jeu existe entre les faces de chaque paire de flancs opposés des filets coopérants 12 et 12a respectivement de la vis mère et de l'écrou, et l'huile sous pression s'écoule généralement radiale- ment vers l'extérieur par ces jeux des creusures 13 et 14 vers un passage hélicoïdal formé par un jeu rela tivement grand 26 existant entre la racine du filet 12a de l'écrou et la crête du filet 12 de la vis-mère, ce passage hélicoïdal fonctionnant comme conduit d'évacuation à basse pression par lequel l'huile s'échappe vers les extrémités de l'écrou, pour tomber dans une auge collectrice (non représentée)
d'où elle est ramenée au bac du groupe de pompage pour être remise en circulation.
Chacun des étranglements 17 et 25 offre une résistance nu passage de l'huile, en provoquant une chute de pression qui est proportionnelle au débit de l'écoulement. Les petits jeux qui existent entre les flancs opposés des filets 12 et 12a opposant une résistance supplémentaire au courant d'huile s'écoulant radialement des creusures 13 et 14 vers le passage 26.
Un mouvement axial de la vis 10 par rapport à l'écrou 11 modifie les jeux entre les flancs. et modifie ainsi la résistance à l'écoulement trans versalement aux flancs.
Supposons maintenant que la vis 10 est mainte- nue en position axiale moyenne par rapport à l'écrou 11, de sorte que les jeux entre les filets 12 et 12a soient égaux des deux côtés du filet de vis 12.
Ad- mettons à titre d'exemple seulement que la résistance totale de tous les étranglements 17 et de tous les étranglements 25 est égale à la résistance totale des jeux de flanc à l'écoulement radial de l'huile venant des trois groupes de creusures 13 et 14 respective- ment alimentés par ces étranglements,
de façon que la chute de pression dans les étranglements. 17 et celle dans les étranglements 25 soit égale à la chute de pression au travers du jeu total sur le flanc as socié du filet de l'écrou.
Dans ces conditions la pres sion en aval des étranglements 17 dans, les passages 18 et 19 et dans les creusures 14 sera égale à la moitié de la pression d'alimentation, pour autant que la pression dans le passage 26 soit atmosphérique. Si la pression d'alimentation est de 42 kg/cm2,
la pression dans les creusures 14 est de 21 kg/em2 et crée une poussée de séparation axiale entre les flancs opposés de l'écrou et de la vis qui tend à déplacer la vis 10 vers la gauche par rapport à l'écrou 11 (fig. 2 et 3).
Toutefois, une poussée axiale égale et opposée est exercée sur le flanc opposé du filet de l'écrou, et tend à déplacer la vis 10 vers la droite par rapport à l'écrou, ces poussées axiales étant .ainsi équilibrées.
Si maintenant une poussée axiale extérieure est appliquée à la vis 10 dans une direction telle que la vis se déplace vers la gauche aux figures 2 @et 3 et fasse légèrement diminuer le jeu entre le filet 12 de la vis et le flanc 15 du filet de l'écrou, d'une quantité qui double la résistance à l'écoulement radial de l'huile au travers de ce flanc,
alors la chute de pres sion au travers du jeu entre les flancs de ce côté du filet sera deux fais celle dans les étranglements as sociés 25, soit, pour la pression d'alimentation de 42 kg/#m ,
une chute de pression de 14 kg/em2 dans les étranglements 25 et de 28 kg/cm2 au travers du jeu entre flancs .associé au flanc 15, de sorte que la pression dans les creusures 13 augmente de 21 kg/ cm2 à 28 kg/cm2. Si nous considérons maintenant les creusures 14 dans l'autre flanc 16 du filet 12a de l'écrou dans les mêmes conditions,
la pression dans les creusures serait de 21 kg/cm2 dans la position axiale moyenne, mais dans .la position axia#lement <B>dé-</B> calée vers la gauche comme mentionné, dans la quelle le jeu entre flancs a augmenté en réduisant la résistance à l'écoulement à approximativement deux tiers d e sa valeur initiale,
il y aura une redistribution de la chute de pression donnant trois cinquièmes dans les étranglements associés 17 et deux cinquièmes au travers du jeu entre flancs, de sorte que la pres sion dans les creusures 14 est maintenant réduite à 16,8 kg/cm2. En combinant ces variations de la pres- sion, des deux -côtés du filet 12 de l'écrou,
nous ob- tenons une pression résultante de 28-16,8 = 11,2 kg/ cm2, laquelle agissant sur la surface effective du flanc a pour résultat une poussée axiale de rétablis- seraient agissant vers 1a droite en opposition à la poussée axiale externe appliquée à la vis.
La pres sion d'alimentation peut être choisie de façon à pro- duime une poussée de rétablissement égale à la plus forte poussée axiale pouvant être appliquée pour un déplacement axial de la vis par rapport à l'écrou de 0,0025 ou 0,005 mm seulement.
Avec la forme de filet à section trapézoïdale de cette forme d'exécution, un déplacement :radiai de la vis 10 par rapport à l'écrou 11 engendre semblable- ment un système de forces radiales opposé entre les groupes de creusures 13 et 14 tendant constamment à centrer la vis dans l'écrou en direction radiale. Toute tendance au basculement de la vis,
due le cas échéant à un mauvais alignement, aura toujours pour effa de produire un système de forces opposé de rétablisse- ment.
Ainsi, un film d'huile sous pression est maintenu en tout temps entre les flancs de portée des filets de l'écrou 11 @et de la vis 10, ce film étant capable de résister à la charge de poussée axiale et le .cas échéant à des charges radiales sans se rompre.
Un déplace- ment axial à partir de la position moyenne entre l'écrou et la vis, si petit soit-il, ne peut se produire sans engendrer une poussée de rétablissement con- trecarrant ce déplacement, de sorte qu'aucun mouve ment perdu ou jeu ne se produit antre la vis et l'écrou.
Du moment que 1!e film d'huile sépare las faces glissant l'une par rapport à l'autre des filets de la vis et de l'écrou, la force de frottement entre la vis et l'écrou est entièrement visqueuse et est propor- tionnelle à la. vitesse relative des surfaces en mouve- ment. A mesure que la vitesse tend vers zéro,
le frot tement se rapproche également de zéro.
On peut estimer qu'il est désirable du point de ville des conditions de la charge ou même pour des raisons de fabrication d'utiliser un filet de forme rec tangulaire, et un exemple d'un tell filet est représenté aux fig. 4 à 6.
Dans cette forme d'exécution, la vis- mère 30,est pourvue d'un filet hélicoïdal 31 à côtés parallèles et crête plate et l'écrou 32 a un filet héli- coïdal 33 de forme correspondante coopérant avec lui.
Les flancs latéraux du filet 33 de .l'écrou sont formés comme précédemment avec un système de creusures opposées 35 et 36 connectées par des pas sages 37 et 38 respectivement aux étranglements li miteurs d'écoulement associés 39 et 44, de sorte que la poussée axiale entre la vis-mère et l'écrou est transmise par 'les films d'huile s'écoulant dans les jeux ,
entre les flancs du filet de vis 31 et du filet 33 de l'écrou. En outre, les surfaces de racine du filet 33 de l'écrou sont également pourvues d'un ensemble de creusures sous pression séparé servant à contre carrer les forces radiales. A cet effet trois groupes disinbués cireonférenroiellement,
chacun. de huit creu sures 40 s'étendant oirconférentiellemont sont formés dans la surface de racine hélicoïdale du filet 33 de l'écrou et coopèrent avec la surface de crête sans creusures du filet de vis 31.
Les creusures 40 sont connectées par un système de passages d'huile 41 et par l'intermédiaire d'un étranglement limiteur d'écou lement séparé 42 à la source d'alimentation. Le pas- sage d'échappement à bosse pression dans la pré sente forme d'exécution est fourni par le jeu relative ment grand enture la crête du filet 33 de l'écrou et la
racine du filet de vis 31 comme indiqué schémati quement en 43.
Les creusures: 35 et 36 formées dans chaque flanc du filet de l'écrou peuvent être prolongées circon- férentiielle;
ment de façon à se rejoindre les unes les autres pour former dies creusures hélicoïdales con- tinues dans lies.
flancs. Le groupement des creusures 35 et 36 peutaller d'un minimum de deux étrangle- ments limiteurs d'écoulement alimentant chacun toutes lies creusures de l'un des :
deux flancs du filet comme décrit et représenté, à une multitude de petites creusures ou groupes de creusures alimentés chacun à travers un étranglement séparé.
La construction d'écrou et de vis-mère décrite et représentée dans l'une ou l'autre des formes d'exé cution. précédentes peut être utilisée en combinaison :
avec tout carter de vis-mère conventionnel. Dans un tel agencement, .représenté à la fig. 7, la vis-mère 10 des fig. 1 à 3 qui est vissée dans l'écrou 11,
est mon- t6s à unie extrémité dans un palier à rouleaux cylin- drique 46 et est supportée à l'autre extrémité dans une crapaudine double 47 à rouleaux coniques.
Quoique dans les formes d'exécution décrites et représentées on a fait état d'-un écrou fixé pour l'em pêcher de tourner et à :
une vis-mère rotative, confor- m6ment à la pratique conventionnelle, l'écrou pour rait être l'organe rotatif,
auquel cas le fluide sous pression serait amené à l'écrou au moyen d'une con- nexion rotative telle qu'un anneau à rainure pourvu de bords d'étanchéité à l'intérieur duquel l'écrou tourne.
Les constructions de vis-mère décrites ont des avantages pratiques considérables par rapport aux systèmes de vis-mère ordinaires conventionnels, qui ne conviennent que pour les plus grossiers des mou- veanents de commande à causse du degré de frotte- ment élevé qui yen plus d'être un désavantage en soi,
empêche d'élimination satisfaisante du jeu.
Dans une transmission à vis à billes recirculées, dans laquelle sie présente principalement le frotte- ment de roulement, le jeu peut être éliminé en utili- sant un à doubile écrou,
dans lequel les écrous sont écartés ou rapprochés axiialement l'un de l'autre au .moyen d'un ressort. Ces vis à billes de- viennent ainsi<B>de</B> plus en plus favorisées dans les mécanismes de servocommande, mais elle sont loin de constituer le système idéal,
et présentent divers désavantages. La précontrainte du ressort doit être supérieure à la poussée maximum d'entraînement afin de maintenir des conditions sans jeu, et dans l'agen- cement normal, lorsque l'entraînement a lieu dans une direction, la poussée absorbe la précontrainte,
mais dans Fautre direction la poussée s'ajoute à la précontrainte, de sorte que l'un des écrous doit être construit pour supparter au moins deux fois la pous sée d'entraînement maximum. Une autre caractéris- tique désavantageuse est que la
résistance due au frottement, étant une fonction de .lacharge totale agissant sur la vis, :ne tombe jamais au-dessus du niveau de frottement de précontrainte,
ce qui signifie qu'une poussée d'entraînement relativement élevée doit être appliquée pour surmonter le frottement de précontrainte avant que le mouvement puisse com- mencer,
ce qui a pour résultat une perte élevée par hystérésis. Avec une vis-mère à écrou double à re- circulation on doit arriver à un compromis entre la rigidité, qui est aussi .un caractère :
essentiel d'un sys tème de commande, et .le niveau de frottement. Pour une longueur et un puas requis de la vis-mère lie dia mètre doit être aussi grand qu'il est possible de l'ac- commoder afin d'obtenir un, degré élevé de rigidité,
mais unie augmentation du diamètre a pour résultat unie diminution de l'angle d'avance de la vis. Une réduction de l'angle d'avance a pour résultat une augmentation considérable du frottement @et .ainsi on doit :
arriver à un compromis. Il y a une valeur limite de l'angle d'avance au-dessous de laquelle un sys tème d'éhmination du jeu à écrou double nie peut plus fonctionner. A cause de la charge ponctuelle élevée dans les systèmes à vis à billes la vis doit être trempée et rectifiée =afin <RTI
ID="0003.0312"> d'empêcher les enfomcememts :et l'usure ,excessive. Des vis rectifiées de ce type ne peuvent pas être obtenues ,avec l'exactitude cumulée normale ment réalisée dans le cas de vis-mères de machines- outils simplement taillées,
et ainsi ne conviennent pas pour les cas où la vis-mère est utilisée pour com mander des mesures.
Les formes d'exécution décrites utilisent des formes normales non modifiées des vis-mères qui ne requièrent aucun traitement thermique, et peuvent être fabriquées .avec précision sur un tour à fileter conventionnel.
L'écrou également a une forme de base conventionnelle, s'adaptant à la vis-mère, et peut être en unie matière relativement tendre. L'huile sous pression peut être dérivée de l'alimentation hy draulique die la machine là @où elle existe, ou être fournie par une petite unité de pompage accouplée au moteur d'entraînement.
Un écrou seulement est nécessaire pour un sys tème dépourvu de jeu et les charges prévues par construction se donnent en termes de pression hy draulique en relation .avec la charge de poussée ; les critères normaux .de charges de palier ne sont plus applicables.
Lorsqu'on inverse la direction du déplacement ou lorsqu'on se trouve à un point critique où 1!a vitesse est nulle, il n'y a virtuellement pas de frottement et par conséquent aucune perte de poussée pour sur monter un frottement de précontrainte.
Le diamètre de la vis peut être choisi en fonction du degré die rigidité requis, du moment qu'il n'y a pas d'angle d'avance limite minimum. Une augmen- tation de diamètre provoque bien une augmentation de la vitesse de frottement donnant un frottement visqueux relativement plus élevé avec la vitesse, mais à une vitesse de fonctionnement normale la perte maximum par frottement est encore négligeable.
Là où l'exactitude du pas de la vis est essentielle, un écrou hydrostatique de ce type en combinai son avec une vis taillée avec précision donnera une amélioration par rapport à un écrou ordinaire con- ventionnel, du moment que la position relative de l'écrou hydrostatique est donnée par l'exactitude moyenne du filet sur un nombre de pas en engage ment de sorte que des inexactitudes locales seront minimisées. En outre,
grâce au fait qu'il ne se pro duit aucun .contact métal contre métal il n'y a pas d'usure .et l'exactitude initiale sera maintenue in- défini@ment.
Dans une application dans laquelle l'axe de la vis est vertical et qu'elle supporte une charge con sidérable, les valeurs d'étranglement peuvent être choisies de façon que dans une position moyenne de jeu entre flancs il existe une différence de pression pour supporter la charge statique sans imposer une limitation à la poussée d'entraînement vers le haut.