FR2480385A1 - Transmission mecanique a vis - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE L'INDUSTRIE MECANIQUE. TRANSMISSION MECANIQUE QUI COMPREND UN CORPS FORMANT ECROU 14 QUI PORTE UNE BILLE 16 LOGEE DANS UN GODET 17, CETTE BILLE ETANT ADAPTEE A ROULER LE LONG DE LA GORGE 26 D'UN ARBRE FILETE 12; CETTE GORGE ETANT CONSTITUEE PAR DEUX DEPRESSIONS HELICOIDALES 28, 30 INTERSECANTES DONT CHACUNE A UNE SECTION PRATIQUEMENT CIRCULAIRE, LESDITES DEPRESSIONS SE COUPANT MUTUELLEMENT PRES DE LA BASE DE LADITE GORGE. APPLICATION A LA TRANSFORMATION DES MOUVEMENTS DE ROTATION EN MOUVEMENTS RECTILIGNES.

Description

Transmission mécanique à vis.

La présente invention concerne les transmissions mécaniques à haut rendement pour convertir des mouvements de rotation en mouvements rectilignes.

Une transmission connue, décrite dans le brevet américain No. 3.296.880, comprend un corps-écrou comportant de multiples galets venant en contact avec le filetage carré d'une vis. Ces galets sont portés par des paliers antifriction et leur fabrication est croûteuse.

Un autre mécanisme, décrit dans le brevet américain
No. 4.031.765, utilise une vis ayant un filetage en losange où des billes portées par un écrou peuvent se déplacer axialement de sorte que l'écrou inverse automatiquement la direction de son mouvement quand il arrive aux extrémités de la vis. Les gorges du filetage sont semi-circulaires et quand de fortes charges s'exercent, la bille, soumise à de telles charges, s' élève le long des flancs de la gorge en exerçant de sévères contraintes. Les surfaces de la gorge n'enveloppent pas bien les billes à cause des surfaces hémisphériques et elles résistent mal aux charges. Les surfaces latérales des gorges subissent une usure excessive, de même que les cavités des écrous.

Les régions des gorges voisines des crêtes sont particulièrement sujettes à l'usure.

Dans les transmissions utilisant des billes, l'idéal est que toutes les billes se partagent équitablement la charge.

Or, dans lies dispositifs antérieurs, ceci n'est pas toujours le cas. D'autre part, les transmissions à billes doivent avoir une longue espérance de vie en excluant l'entretien et les pannes prématurées. Les dispositifs antérieurs sont utiles et ont une certaine résistance à l'usure mais, quand ils sont soumis à des conditions de charge plus fortes, l'usure excessive qui en résulte limite considérablement leur intérêt. I1 existe des dispositifs à galets coniques comportant des moyens d'appui élastiques avec, au moins, une rondelle élastique cambrée. Les multiples composants de ce support élastique représentent un facteur appréciable d'augmentation du coût, ce qui est particulièrement indésirable lorsqu'un grand nombre de galets coniques est utilisé.

La présente invention remédie aux inconvénients des transmissions mécaniques antérieures et vise une transmission mécanique perfectionnée, particulièrement simple présentant une faible friction et une plus grande capacité de charges ainsi qu'une réduction appréciable de l'usure de ses composants.

Un autre but de l'invention est de réaliser une transmission telle que précitée, dans laquelle la friction est, dans une large mesure, une friction de roulement, qui augmente les aires de contact, tout en réduisant à un minimum la friction de glissement et l'échauffement.

L'invention a également pour but une transmission mécanique à billes qui est conçue de façon à assurer un embolte- ment complet de la surface de la bille et une meilleure distribution de la charge, en diminuant ainsi l'usure et en prolongeant la durée.

L'invention a également pour but une transmission comportant des moyens particulièrement simples pour égaliser la charge entre plusieurs billes.

L'invention vise également une transmission dont l'assemblage ne nécessite qu'un minimum d'effort et dont l'entretien est considérablement réduit, sinon éliminé.

Enfin, l'invention a pour but de réaliser une transmission mécanique dont le fonctionnement est doux et dont l'usure est remarquablement faible.

La transmission qui fait l'objet de l'invention comprend un arbre fileté comportant un filetage hélicoïdal et un corps-écrou pouvant se déplacer le long de cet arbre et qui présente une cavité dans laquelle est logée une bille venant en contact avec le filetage de l'arbre. Cette cavité a une surface de charge circulaire qui entoure et vient en contact avec des points situés le long d'une circonférence de la bille et une seconde surface de charge occupant une position centrale par rapport à la première et décalée latéralement de celleci. La seconde surface de charge offre une petite aire contre laquelle la bille est en appui.

Le filetage de l'arbre est caractérisé par deux dépressions hélicoidales intersécantes, chaque dépression ayant une section partiellement circulaire, ces dépressions se coupant mutuellement près du fond de la gorge. Les rayons de courbure des dépressions sont un peu plus grands que le rayon de la bille de sorte que cette dernière est convenablement reçue et logée en ce qui concerne ses surfaces sphériques, tout en ayant une aire de contact relativement réduite avec la surface de la dépression, au point où la bille qui, quand le corpsécrou se déplace le lony de l'arbre fileté, est pratiquement aligné avec et est opposé à la resultente des deux forces qui s'exercent entre elles et la cavité de l'écrou.La bille rencontre des forces équilibrées et peut ainsi tourner autour de l'un de ses axes, sans que des pressions excessives se développent sur l'une ou l'autre des surfaces de la cavité qui renferment la bille ou sur les surfaces des dépressions de l'arbre. L'emboîtement entre la gorge et la bille diminue les efforts s'exerçant entre les parois latérales des cavités qui renferment une bille et augmente dans les cavités les forces qui agissent radialement vers l'intérieur et qui, auparavant, ne supportaient pas une partie suffisante de la charge. Ainsi les forces de réaction s'exerçant sur la bille sont beaucoup mieux égalisées.

De plus, les godets portés par l'écrou sont tenus par des appuis élastiques d'une manière extrêmement simple, notamment en utilisant une seule bague d'arrêt élastique cambrée ou circlip qui non seulement tient le godet prisonnier, mais en outre, exerce une précontrainte sur la bille, tendant ainsi à éliminer le jeu inutile ou excessif, tout en égalisant les efforts.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation de l'invention.

La figure 1 est une coupe verticale à travers une transmission conforme à l'invention comprenant un arbre fileté coopérant avec un corps faisant fonction d'écrou pouvant se déplacer le long de celui-ci
la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1
la figure 3 est une coupe partielle, à très grande échelle, d'une partie de l'arbre fileté et du corps-écrou et qui montre plus particulièrement les détails du montage d'une bille portée par ledit corps
la figure 4 est une coupe verticale d'une variante de réalisation de la transmission de l'invention
la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4
la figure 6 est une coupe verticale d'une autre variante de réalisation du mécanisme de transmission de l'invention
la figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6
la figure 8 est une vue en plan d'une rondelle d'arrêt cambrée utilisée dans la transmission
la figure 9 est une vue latérale de la rondelle d'arrêt de la figure 8
la figure 10 est une vue partielle, fortement agrandie, d'une partie de l'arbre fileté et du corps-écrou de la transmission des figures 1-3, illustrant les forces qui agissent sur une bille
la figure 11 est une représentation schématique de la transmission d'un appareil à imprimer des billets ; et
les figures 1-3 illustrent une transmission à faible friction et à jeu réduit comprenant un arbre fileté 12, un corps-écrou annulaire 14 et une bille 16 portée par celui-ci.

On voit que l'arbre 12 présente une nouvelle forme de filetage et que le corps 14 présente un godet de structure originale afin d'emprisonner la bille 16 de façon qu'elle roule autour de son propre axe quand le corps 14 se déplace le long de l'arbre 12. La bille 16 se trouve dans une cavité 18 d'une douille ou d'un godet 17 qui a une paroi cylindrique 20 et une paroi de fond 22, ces deux parois s'appuyant contre la bille 16 quand celle-ci tourne. La paroi 20 a une surface circulaire adjacente à et à l'intérieur de la lèvre du godet, surface qui est en contact avec la bille 16 à des points de la circonférence de celle-ci. La paroi de fond 22, qui occupe une position centrale, est espacée latéralement de cette surface circulaire.

La vis 12 présente une gorge hélicoldale 26 comprenant deux dépressions hélicodales 28, 30 qui se coupent près de la base ou près du point de plus petit diamètre de la gorge 26. Les deux dépressions 28, 30 ont une section partiellement circulaire avec des rayons de courbure qui sont légèrement supérieurs au rayon de la bille 16, ce qui fait que cette dernière n'a qu'une petite aire de contact 31 avec la surface de l'une ou l'autre des dépressions 28, 30 pendant que le corpsécrou 14 se déplace axialement dans une direction ou dans l'autre.Sur la figure 10, les forces appliquées à la bille 16 par les parois 20, 22 sont indiquées par des flèches 32, 34 qui sont orientées suivant des rayons passant par le centre de la bille, et la résultante de ces forces 32, 34 s'oppose à la force appliquée à la bille par la dépression 30 et qui est indiquée par la flèche 36. Le point de contact entre la bille 16 et la dépression 30 est situé le long d'une ligne qui concide avec la résultante des forces représentées par les flèches 32, 34. Ce contact se situe à mi-distance entre le fond de la gorge 26 et la crête de celle-ci, près de la ligne médiane hélicoidale de la dépression 30.

Sur la figure 3, la bille 16 est complètement engagée dans la cavité 18 dont le rayon est un peu plus grand.

Le corps 14 présente un alésage radial 38 portant le godet 17 et qui présente un épaulement annulaire 40 coopérant avec l'épaulement correspondant 42 du godet 17 pour limiter le mouvement radial vers l'intérieur de ce dernier. L'alésage 38 présente une rainure transversale 44 dans laquelle est fixée une rondelle d'arrêt cambrée 46 qui constitue un élément élastique extrêmement simple en contact avec le godet 17 et qui presse ce dernier radialement vers l'intérieur afin de tenir normalement les épaulements 40 et 42 en contact. La rondelle d'arrêt 46 comporte une partie de boucle élargie 47 et des ex trémités percées 49 également élargies, qui coopèrent pour tenir le godet 17 prisonnier. Le godet 17 a la possibilité de fléchir légèrement dans le sens radial vers l'extérieur sous l'action des forces exercées sur lui par l'élément 16.Ceci est le cas quand une charge axiale suffisante s'exerce entre l'arbre 12 et le corps 14. Dans un tel cas, les épaulements 40, 42 s'écartent l'un de l'autre. Quand la charge a été supprimée, la rondelle 46 rappelle le godet 17 dans la position représentée sur la figure 1.

Les extrémités opposées du corps 14 présentent des cavités annulaires 48 et 50 portant des paliers de centrage 52 et 54 pour l'arbre 12.

Le corps 14 présente des gorges 56 pour recevoir une fourche ou un bras d'actionnement (non représenté).

L'arbre 12 est actionné par un moteur 60 comprenant une carcasse 62, un palier 64 et des enroulements 66. L'arbre 68 du moteur 60 peut être d'une pièce avec l'arbre 12.

Le fonctionnement est le suivant.

Normalement, la bille 16 est en contact avec la paroi de fond 22 de la cavité 18 et peut rouler sur l'une ou l'autre des deux dépressions 28, 30 en s'appliquant contre la paroi 20 de la cavité 18 à un point opposé à son point de contact avec la dépression. Quand le corps 14 ne tourne pas et que l'arbre 12 tourne dans la direction indiquée par la flèche sur la figure 1, le corps 14 se déplace vers la gauche pendant que la bille 16 roule sur la dépression 30 et est en contact avec la paroi 20 à un point voisin de la dépression 28.

Les flèches 32 et 34 indiquent les forces appliquées à la bille 16 par les parois annulaires 20 et 22, ces forces étant perpendiculaires aux parois. La bille 16 est également soumise à l'action d'une force supplémentaire 36 dont le vecteur d'action passe par le centre de la dépression 30. A cause de la position particulière de la force de la flèche 36, la force représentée par la flèche 32 a été avantageusement réduite, tandis que la composante 34 a été augmentée, comparativement à ce qui se passe dans les dispositifs antérieurs. Ceci a pour résultat de diminuer l'usure de la gorge hélicoldale 26 et de la cavité 18. Les forces s'exerçant sur ).a bille sont plus uniformes et plus régulièrement distribuées, les zones de haute pression étant éliminées.Avec ces trois points de contact distincts, on obtient une course particulièrement douce et uniforme qui élimine les grippages et les coincements.

La bille tourne autour de son propre axe. Le lubrifiant présent dans la cavité réduit à un minimum la friction de glissement et dans les dépressions 28 et 30 il évite les grippages.

L'ensemble est simplifié et la mise en place de la bille 16 et du godet 17 est simplifiée. En effet, il suffit d'aligner un point de la gorge 26 avec l'alésage 38 et d'introduire la bille 16 dans ce dernier, puis de mettre en place le godet 17 et de le-bloquer au moyen de la rondelle 46.

L'ensemble est extrêmement résistant à la détérioration par l'usure. La région de contact entre la dépression 30 et la bille 16 est voisine de son centre. La tendance de la bille 16 à s'élever le long du côté de la dépression est ré- duite puisque celle-ci est constamment tenus dans une position basse dans la dépression 30 par le godet. Lorsqu'une charge particulièrement forte s'exerce, une certaine flexion orientée radialement vers l'extérieur du godet 17 est possible.

Lorsque le sens de la rotation de l'arbre s'inverse, la bille opère dans la dépression 28 et vient en contact avec la paroi 20 à un point diamétralement opposé.

La spirale.formée par les multiples points de contact de la bille avec l'une des dépressions, et le diamètre de la crête de l'arbre doivent être maintenus concentriques avec une précision de 0,2 % au moins. C'est ainsi que, dans le cas d'un arbre ayant un diamètre de 25 mm, la concentricité doit être de l'ordre de 0,05 mm pour obtenir des résultats satisfaisants.

Les figures 4 et 5 représentent un autre mode de réalisation qui porte la référence 70. L'arbre 12 porte un corpsécrou 72 présentant des alésages radiaux 74, 76 qui contiennent des godets 17 analogues à ceux déjà décrits.

Les alésages 74, 76 présentent des gorges 78, 80 qui reçoivent des rondelles 46 du type de celles représentées sur les figures 8 et 9. Les godets 17 ont des épaulements 42 qui coopèrent avec des épaulements 82, 84 pour assurer leur positionnement. Chaque godet 17 présente une cavité 18 qui reçoit une bille 16 venant en contact le long d'une ligne circonférentielle avec la surface de charge circulaire 20 (figure 3) et avec la paroi 22.

Les godets 17 et les billes 16 sont axialement espacés conformément au pas de la gorge 26. Cet espacement axial est égal à un quart du pas du filetage quand les godets 17 sont circonférentiellement espacés de 900.

Les extrémités opposées du corps 72 ont des cavités 86, 88 pour les paliers ou les roulements 52, 54.

Une autre variante de réalisation portant la référence 90 est représentée sur les figures 6 et 7 et comprend l'arbre 12 et un corps-écrou 92 percé de trois alésages radiaux 94, 96 et 98 avec des gorges 100, 102 et 104 portant des bagues 46. Dans les alésages 94, 96 et 98 sont logés des godets 17 contenant des billes 16 en contact avec la gorge 26. Trois godets 17 et trois billes 16 sont circonférentiellement espacés de 1200, assurant ainsi un entraînement équilibré, les billes 16 partageant entre elles la charge et assurant le centrage du corps-écrou. Le corps-écrou a des cavités 106 et 108 contenant des paliers 52, 54.

Pour assembler les dispositifs des figures 4 et 5 et des figures 6 et 7, on commence par mettre en place la première bille, comme il a été expliqué, à la suite de quoi la gorge 26 occupe automatiquement la position qui convient pour introduire les autres billes.

-Les dispositifs des figures 4-5 et 6-7 bénéficient de l'appui flexible offert aux godets 17 par les rondelles 46, puisque les billes 16 partagent la charge entre elles et uniformisent le mouvement de translation même s'il y a de légères variations dans le pas du filetage. Lorsque l'une des billes soutient une plus grande charge, elle se décale radialement vers l'extérieur pour corriger la situation. Ceci n'aurait pas été le cas si les billes 16 étaient en appui contre un support rigide.

La transmission 10 est parfaitement adaptée pour une machine à imprimer des billets, désignée par 112 sur la figure 11, dans laquelle elle est accouplée à l'ensemble 114 du dispositif d'impression 112. La mise en marche du moteur 60 imprime à l'écrou 14 un mouvement dans une certaine direction et le renversement du sens du moteur 60 inverse le mouvement de l'écrou 14.

On conviendra que la transmission à faible friction de l'invention est à la fois simple dans sa construction et fiable dans son fonctionnement. Elle peut être facilement assemblée sans outillage spécial et représente un progrès et un perfectionnement indéniables.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s 'écar- ter pour cela du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Transmission mécanique à faible friction pour convertir un mouvement de rotation en un mouvement rectiligne, comprenant

- un arbre fileté allongé comportant une gorge formant un filetage hélicoïdal

- une bille disposée dans ladite gorge ; et

- un corps-écrou pouvant se déplacer le long dudit arbre fileté et ayant une cavité dans laquelle la bille est reçue caractérisée en ce que ladite cavité présente une première sur

de charge face/circulaire entourant une circonférence de la bille et pouvant venir en contact avec celle-ci, et une seconde surface de charge occupant une position centrale par rapport à ladite première surface de charge circulaire et qui est décalée latéralement par rapport à ladite première surface, ladite seconde surface de charge pouvant venir en contact avec une petite aire de la bille

- ladite gorge comprenant deux dépressions pratiquement hélicodales intersécantes, chaque dépression ayant une section partiellement circulaire, lesdites dépression se coupant mutuellement près du fond de ladite gorge

- les rayons de courbure desdites dépressions étant plus grands que le rayon de ladite bille, de sorte que ladite bille n'a qu'une petite aire de contact avec la surface d'une dépression, en un point de la bille qui, quand le corps-écrou se déplace le long de l'arbre fileté, est pratiquement aligné avec et opposé à la résultante des forces s'exerçant entre la bille et la cavité.

2. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que

- le corps-écrou présente un alésage radial

- un godet est logé dans ledit alésage

- un élément élastique est disposé dans ledit alésage, au contact dudit godet et sollicite celui-ci radialement vers l'intérieur ; et

- la cavité recevant ladite bille étant située dans ledit godet.

3. Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que

- l'alésage radial a une forme pratiquement cylindrique et présente une gorge annulaire transversale dans sa surface ; et

- en ce que l'élément élastique est une bague d'arrêt cambrée élastique logée dans ladite gorge et en contact avec ledit godet.

4. Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que

- l'alésage radial comporte un épaulement ; et

- des moyens sont prévus sur le godet pour délimiter un épaulement coopérant avec celui dudit alésage

- le contact desdits épaulements limitant le mouvement radial vers l'intérieur dudit godet et de ladite bille par rapport à l'alésage radial du corps-écrou.

5. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que

- le corps-écrou est percé d'un alésage axial avec deux cavités annulaires près de ses extrémités opposées

- des paliers d'extrémité étant disposés respectivement dans lesdites cavités et venant en contact avec la surface de l'arbre fileté quand le corps-écrou se déplace le long de celui-ci.

6. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend

- des billes supplémentaires disposées dans ladite gorge hélicoldale

- le corps-écrou ayant des cavités supplémentaires dans lesquelles lesdites billes supplémentaires sont respectivement reçues

- des éléments élastiques associés auxdites cavités supplémentaires sollicitant lesdites billes radialement vers l'intérieur ; et

- lesdits éléments élastiques pouvant sélectivement fléchir en réponse à un mouvement orienté radialement vers l'extérieur, des godets correspondants, résultant de la pression exercée sur les billes correspondante par l'arbre fileté.

7. Transmission selon la revendication 6, caractérisée en ce que

- le corps-écrou est percé d'un alésage axial avec une cavité annulaire disposée près de l'une des extrémités

- un palier d'extrémité est logé dans ladite cavité et peut venir en contact avec la surface de l'arbre fileté quand le corps-écrou se déplace le long de celui-ci

- ledit palier tend à centrer cette extrémité du corps par rapport à l'arbre fileté

- les billes étant disposées près de l'autre extrémité du corps ; et

- lesdites billes tendant à centrer les autres parties dudit corps par rapport à l'arbre fileté.

8. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour une direction donnée du mouvement axial du corpsécrou par rapport à l'arbre fileté, la bille ne vient en contact qu'avec l'une desdites dépressions et est complètement dégagée et libre de l'autre dépression.

9. Transmission à faible friction pour convertir un mouvement de rotation en un mouvement rectiligne, caractérisée en ce qu'elle comprend

- un arbre fileté allongé présentant une gorge formant un filetage hélicoïdal

- une bille disposée dans cette gorge ;

- un corps-écrou pouvant se déplacer le long dudit arbre fileté et qui est percé d'un alésage radial

- un godet disposé dans ledit alésage radial et pouvant se déplacer le long de l'axe de ce dernier, ce godet comportant une cavité dans laquelle est logée une bille

- ledit alésage radial du corps-écrou comportant une gorge annulaire encerclant son axe ; et

- une bague élastique cambrée d'arrêt disposée dans la gorge de l'alésage du corps-écrou et s'appliquant contre l'une des extrémités.dudit godet afin de tenir ce dernier prisonnier et pour le solliciter vers ledit arbre fileté.

10. Transmission selon la revendication 9, caractérisée en ce que la bague élastique comporte une partie de boucle plus large et des extrémités percées également plus larges, ladite partie de boucle et lesdites extrémités étant adaptées à venir en contact avec 1 'extrémité du godet.