Brevet FR2180431A1 — publié le 19731130

L'équipement industriel comporte l'utilisation de nombreux méca nismes ioto-réducteurs et transformateurs de mouvement. La présente invention comprend l'application d'un mécanisme dif- férentiel pour petites et moyennes puissances, conçu principalement pour la transformation d'un mouvement circulaire continu en mouve- aent rectiligne alternatif, par l'intermédiaire de produits issus de la technique du roulement. D'rune part, on connaît divers types de mouvements mécaniques dif férentiels qui possèdent la particularité de transformer de différentes manières une vitesse de rotation d'entrée, en réduction ou multiplication de vitesse de rotation de sortie, notamment les ré docteurs et différentiels i engrenages, les réducteurs ou variateurs b plateaux droits ou coniques, etc... D'autre part, pour éliminer la presque totalité des interférences de frottement dans les supports de transmission dsun mouvement circalvaire radial ou du déplacement d'un arbre dans un mouvement axial, on connatt les avantages du roulement i billes et du fourreau b billes, notamment dans l'emploi de guidages sur colonnes des porteoutils de découpages rapides. 538is la technique industrielle a souvent utilisé le fourreau i billes pour permettre le guidage d'un arbre animé, par des mandes extérieures, de mouvement de rotation et de mouvement de translation combinés, par exemple pour des agitateurs, etc..., et pour obtenir un fonctionnement valable de ce matériel, on a ton- jours exigé un certain serrage de la nappe de billes sur l'arbre par l'intermédiaire du boitier circulaire extérieur, préalablement chauffé a bain d'huile pour obtenir sa dilatation avant montage, son refroidissement opérant le serrage de la nappe de billes contenue et répartie dans un fourreau intermédiaire. Ainsi montées, les billes ne peuvent glisser par rapport à l'arbre ou au boitier,elles se transforment en clavetages roulants multiples. A) Se disposant d'un élément de guidage à billes suivant la figure 1 (planche 1/2) composé d'un arbre (1) de diamètre Di, d'un four- reau (2) répartissant une nappe de billes (3) de diamètres d, et d'un boitier de maintien extérieur (4) dont le diamètre de roulement est De, on sait que si l'arbre (1) est maintenu fize sans rotation, le boîtier (4) se déplace axialement d'une distane 2 E lorsque le fourreau t2) sedéplace d'une distance E et ceci quelque soit le diamètre des billes. B) mais d'autre part, si on maintient le boitier (+) fixe et si on communique un seul mouvement de rotation à arbre (1) on observe 10) que le fourreau à billes (2) est animé d'un mouvement de rotation de meme sens que celui de l'arbre (1), donc différentiel de raison négative, 20) que ce mouvement différentiel est dénoncé par la formule de Willis avec la raison approximative suivante car dépendante des to lérances des diamètres exacts des chemins de roulement - R r Produit des diamètres menant, - Di x d = - Li Produit des diamètres menés d De 30) que la raison - R donne la vitesse de rotation du fourreau (2) lorsque l'arbre de commande (1) est soumis à la raison complémentaire du dispositif différentiel 1 - (-R) + R' d'où R' = 1 - R) 40) des constatations ci-dessus, par applications du mécanisme à mouvement différentiel circulaire on obtient des produits industriels nouveaux, tels que des mécanismes d'accouplements industriels de réduction, de multiplication, de prise de mouvement simple, double ou combiné. Soit celui défini à titre d'exemple figure 2 et sa coupe figure 3 (planche 1/2). Cette prise de mouvement double est composée d'un arbre (5), d'un fourreau à billes (6), d'un boitier de fization (7). En outre, une butée double (8) à aiguilles à collet de retenue extérieure assure la position latérale de l'arbre (5) donc du fourreau (6) par rapport au boitier (7). A l'exemple fourni par la fi- gure 2, le fourreau (6) reçoit un engrenage. On remarque qu'il a été décrit normalement un mécanisme différentiel, comportant une nappe de billes du genre fourreau à billes par les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples dgex6# cution. Aussi sans sortir du cadre de l'invention, on conçoit que le raisonnement du paragraphe B) puisse se rapporter à la conception d'ensembles à une seule rangée de billes. La cage à billes de tels ensembles remplissant les fonctions décrites par le fourreau, mais dans un seul plan radial. h) Une prise de mouvements combinés, c'est-i-dire, conjuguant une fonction de réduction de vitesse de rotation, par exemple, avec la création, la transformation ou la multiplication d'un mouvement axial de loi quelconque, objet principal de l'invention, est schématiquement représentée par la figure 4 (planche 1/2), par applications directes des règles de mouvement de translation axial et de rotation différentielle d'un fourreau à billes suivant les constatations des paragraphes A) et B). Une telle prise de mouvement combiné est constituée, à titre d'exemple, par un boitier fixe (9) supportant une chemise mobile axialement (10) laquelle reçoit sa commande de translation axiale par l'intermédiaire du déroulement d'une nappe de billes (11) contenues et réparties dans un fourreau (12). Ce fourreau à billes (12) réceptionne lui-même de la part de l'arbre de commande(l3), maintenu en latéral par un roulement (14), deux mouvements distincts: 10) d'une part un mouvement différentiel de rotation d'apurés les constatations du paragraphe B). 20) ensuite un mouvement de translation axial par suite de la comlande d'un doigt (15), monté sur deux rangées d'aiguilles et donc libre en rotation dans la section de l'arbre de commande (13) ripais s'engageant dans une rainure hélicoidale (16) dépendante du fourreau i billes (12). Et on constate a) que pour une fraction de rotation de l'arbre de commande (13) correspond une fraction de rotation différente du fourreau (12), b) que cette différence de rotation mutuelle oblige le doigt (15) de l'arbre (13) a s'engager dans la rainure hélicoldale (16) du fourreau (12), ily a donc un mouvement relatif axial du fourreau (12) par rapport à l'arbre (13). 5 ) On constate b nouveau a) que la chemise (10) est impérativement entrainée en translation, b) qu'elle n'a aucune raison mécanique d'être entrainée en rotation, (En réalité il existe une rotation infime de la chemise (10) due aux frottements résiduels du mouvement de roulement des billes (11) dans la chemise. E) La présente invention est donc caractérisée par 10) l'ensemble des constatations ci-dessus décrites, outre celles prévues au 40 alinéa du paragraphe B), soit les applications d'un mécanisme différentiel de rotation sous forme de réducteur transmetteur, multiplicateur, allié principalement à la transformation d'un mouvement circulaire continu en mouvement rectiligne alternatif,par l'intermédiaire de produits issus principalement de la technique du roulement. Outre leurs mouvements relatifs normaux, les constituants du différentiel peuvent former des supports de mouvements annexes, de lois, dispositions, adaptations, destinations et formesgsiconques. 20) une gamme de produits industriels nouveaux qui sont une application directe et immédiate de l'invention, soit à titre d'exemples non limitatifs : a) compresseur pneumatique à commande axiale de piston unique, b) pompe hydraulique à commande axiale de piston unique. F) L'application de l'invention à un produit nouveau sera mieux comprise par la confirmation de la description qui va suivre se référas au dessin annexé figure 5 (planche 2/2) et sa coupe figure 6, donnée sous forme d'étude industrielle précise de compresseur pneumatique, b titre d'exemple non limitatif quant aux formes, dimensions,propositions, adaptations possibles. Soit un type de compresseur pneumatique à commande axiale de piston unique composé principalement d'un cylindre (17), d'une culasse porte soupapes (18) (figure 7) d'une soupape d'échappement (19) avec son ressort et sa butée de ressort, d'une soupape d'admission à membrane métallique (20) d'un filtre (21) d'un anneau (22) de retenue de filtre et de culasse, d'un roulement (23) avec ses butées et ses écrous de blocage.L'arbre de commande (24) maintenu en latéral par le roulement (23) commande dans sa rotation un disque incliné (25) monté avec butées à aiguilles et chemin d'aiguilles sur l'axe (26). Le disque (25) est pincé par deux ru tules (27) solidaires de la coiffe (28) (figure 8), elle-même dépendante du fourreau à billes (29). L'ensemble étant serré par l'alésage interne ou chemin de roulement du piston (30). À chaque fraction de rotation de l'arbre (24) le fourreau à bills (29) subi un décalage différentiel de rotation en même temps qu'une modification de sa position axiale par rapport à l'arbre (24), en suivant les modifications d'inclinaison du disque (25). Si &commat; est l'inclinaisonmaximum du disque (25) sur l'arbre (24), Rm le rayon moyen de positionnement des rotules (27),C la course du piston (30) on a C = + Rm x tgle &commat;. On remarque encore a) que la course du piston est tributaire d'un mouvement alternatif uniformément accéléré et retardé, b) que le piston ne subit aucune réaction latérale, que provoque un ensemble bielle et manivelle, c) que l'arbre de commande peut accepter de grandes vitesses de ro tation, d) que arbre de commande peut directement être attaqué par un mo teur au moyen d'un accouplement, ou un pignon droit, ou un pi gnon conique. REVENDICATIONS La présente invention a pour objet principal un mécanisme différentiel créateur, transmetteur, réducteur ou multiplicateur de mou vexent circulaire continu en mouvement rectiligne alternatif continu ou discontinu, pour objet secondaire un mécanisme différentiel créateur, transmetteur, réducteur ou multiplicateur de mouvement circulaire continu en mouvement circulaire continu, discontinu ou quelconque, obéissant pratiquement aux formules de Willis, issu princi palement de produits de roulement et comportant les particularités suivantes oonsidérées ensemble ou tarOment 1 )a-en application & un mouvement circulaire continu radial, les constituants d'un mécanisme différentiel sont composés principalement dtune cage ou fourreau à billes répartissant une ou plusieurs rangées de billes relativement contraintes entre un moyeu intérieur et un boîtier extérieur, billes moyeux et boitiers comprennent une ou plusieurs pièces, o-les cages ou fourreaux peuvent être centrées sur les constituants, d-chacun des constituants peut être fixe ou lié à des commandes continues ou discontinues de systèmes mécaniques,électriques,hydrauli- quoi, pneumatiques, manuels, e-chacun des constituants peut supporter des mouvements annexes de loi et adaptation quelconque, soit à destination de commande ext6- rieure au mécanisme, soit à destination des autres constituants pour l'obtention d'un mouvement rectiligne alternatif ou de loi quelconBe f-des mécanismes différentiels peuvent être assemblés en combinaisons de séries ou dérivations, g-les adaptations des applications selon a),b),c),d),e),f), à dei roulements à aiguilleset à rouleaux cylindriques ou quelconques. 20)La présente invention comprend de même les particularités qui ressortent tant des textes que des descriptions ci-dessus,des adaptations des plans annexés à titre d'exemple, de l'inclusion des pro aXdOs décrits dans des ensembles plue importants pour l'obtention de produits industriels nouveaux tels que des boîtiers industriels de réduction, multiplication, prise de mouvement simple ou combinée, embrayages, accouplements, bottes de vitesses à commande manuelle, mécanique, électrique, hydraulique, pneumatique, des compresseurs pneumatiques à commande axiale, des pompes hydrauliques à commande axiale en course fixe ou variable.