Brevet FR2304001A1 — publié le 19761008

L'invention concerne une vis à billes pour machines de haute précision telles que celles fonctionnant par calcul analogique, cette vis étant dotée d'organes permettant un réglage de la précharge exercée sur les billes. Les vis à billes utilisées comme éléments de transmission dans les machines de grande précision doivent répondre à des conditions draconiennes tant en ce qui concerne leur matière et leur usinage qui doit être de haute qualité, qu'en ce qui concerne leurs caractéristiques mécaniques, c'est-à-dire leur rigidité. Ces vis à billes sont généralement constituées d'une tige filetée, de dimensions variables, associée à un écrou taraudé dont le filet est rigoureusement identique à celui de la vis, l'écrou et la vis étant en contact roulant et mobile en rotation l'un par rapport à l'autre par l'entremise d'un train de billes calibrées circulant dans le conduit spiralé formé par les deux filets semi-circulaires de la vis et de l'écrou, lesdites billes étant recyclées sans interruption grâce à des canaux de transfert logés dans l'écrou, extérieurement à son filetage. Selon ces réalisations connues, le profil de la vis est étudié suivant un rapport précis entre-le rayon des billes et le rayon du filet de la vis, pour assurer le maximum d'efficacité de rendement et de transmission d'effort. Toutefois, on laisse subsister volontairement un jeu axial et radial entre les billes et le fond des filets de la vis et de l'écrou, mais ce jeu est réglé avec précision en exerçant sur les billes une précharge, de telle sorte qu'elles sont appliquées pontuellement sur les flancs des filets de la vis et du ou des écrous suivant deux forces d'orientation différentes formant un angle de 45 environ avec l'axe de la vis. Cette précharge des billes est obtenue soit par traction sur les écrous taraudés, soit par compression axiale de la vis.Pour certaines vis de grande précision, la précharge est importante jusqu'au point de réduire la flexion des billes montées dans les écrous. Le réglage de cette précharge, dans le cas d'une vis à billes à deux écrous appuyés l'un contre l'autre, s'effectue suivant certaines réalisations connues, à l'aide d'un écrou régleur et d'une vis auxiliaire de poussee agissant tangentiellement sur un talon de l'éorou, une vis de blocage assurant le verrouillage de l'écrou dans sa position réglée. L'invention concerne précisément un mode de réglage de la précharge des billes dans une vis à billes pourvue de deux écrous, les moyens utilisés permettant, sans aucun démontage, de rattraper periodiquement le jeu susceptible de naître entre lesdites billes et la vis et les écrous. L'invention concerne donc, à titre d'application nouvelle de moyens connus, l'utilisation d'une bague, extensible axialement, insérée entre et assujettie aux deux écrous, alignés axialement sur la vis. Cette bague extensible se conduit à la façon d'un vérin dont la course est réglée et contrôlée de l'extérieur au moyen d'un simple outil. L'invention concerne donc une vis à billes utilisée notamment comme élément de transmission dans les machines de grande précision telles que celles fonctionnant par calcul analogique, du type constitué d'une tige filetée associée à au moins un ecrou taraudé dont le filetage est identique à celui de la vis, la vis et l'écrou étant en contact roulant et étant mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre par l'entremise d'un train de billes circulant dans le conduit spiralé formé par les filets semi-circulaires de la vis et de l'écrou, les billes étant recyclées de façon continue par des canaux de transfert pratiqués dans l'écrou, des moyens de pression associés à l'écrou assurant une precharge sur les billes et permettant un rattrapage du jeu inhérent à l'usure ou aux phénomènes mécaniques, vis à billes caractérisée en ce que les moyens de pression et de réglage de la précharge des billes sont constitués par une bague, extensible axialement, insérée entre deux écrous, le développement de cette bague etant réglé et contrôlé de l'extérieur. Suivant un mode de réalisation préférentiel, la bague extensible est réalisée sous la forme d'un vérin annulaire et comprend, d'une part, un cylindre formé par un anneau pourvu d'une chambre circulaire en relation avec au moins un conduit axial débouchant dans le cylindre auxiliaire d'un piston de reglage dont la course est commandée depuis l'extérieur, et, d'autre part, d'un piston formé également par un anneau prolongé axialement par une jupe cylindrique ayant la même section que la chambre circulaire du cylindre, un fluide non compressible étant inséré entre les deux parties de cette bague, de sorte qu'une poussée sur le piston de réglage engendre une pression sur le fluide moteur, ce qui provoque un déplacement du piston annulaire par rapport à son cylindre, ou vice et versa, le contrôle de la course de ce piston de réglage permettant de contrôler celle du piston annulaire et, par suite, de régler la précharge des billes contenues dans les écrous associés à chacune des deux parties de la bague extensible. Suivant un autre mode de réalisation, la bague extensible est pourvue de deux conduits axiaux, diamétralement opposés, débouchant dans les cylindres de deux pistons de réglage assujettis à des vis de commande, ces pistons étant situés dans un plan tangentiel à la chambre circulaire de la bague, de sorte que les vis logées dans des chambrages de ladite bague sont accessibles de l'extérieur. D'autres caractéristiques et avantages de la vis à billes selon l'invention ressortiront de la description et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de la vis à billes en coupe axiale, - la figure 2 est une vue en plan de la bague extensible assurant la précharge des billes, - la figure 3 est une vue en coupe axiale de la figure 2 suivant les fléches aa. L'invention consiste à doter la vis à billes d'un dispositif permettant d'obtenir un réglage précis de la précharge exercée sur les billes de la vis. De façon connue, cette vis à billes est constituée d'une tige filetée 1 associée, dans l'exemple considéré, à deux écrous taraudés 2 et 3 dont le filetage intérieur 4 est rigoureusement identique au filetage 5 de la vis, cette vis et ces écrous étant en contact roulant et étant mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'un train de billes 6 circulant dans le conduit spiralé 7 forme par les filets semi-circulaires 4 et 5 de la vis et des . écrou, ces billes étant recyclées sans interruption par des canaux de transfert les ramenant periodiquement d'une extrêmité de l'écrou à l'autre.Ces canaux de transfert ne sont pas représentes sur les dessins, mais sont usuellement utilisés dans les vis à billes de ce genre et ne font pas partie intégrante de l'invention. Ces vis à billes sont soumises à des exigences très rigoureuses, étant donné qu'elles servent comme élément de transmission dans les machines de grande précision telles que celles fonctionnant par calcul analogique. il convient donc, afin d'écarter tout jeu susceptible d'entraîner des erreurs de calcul qui se reproduiraient recessairement dans la machine, de soumettre les vis, les écrous et les billes à des précharges et précontraintes s'opposant à leur flexion et à leur élasticité mécanique. ll est connu, à ce sujet, d'exercer, en particulier sur les billes, une précharge, de maniere que celles-ci soient appliquées fortement sur les flancs des filets de la vis et des écrous suivant des forces dirigées dans un plan formant un angle de 45 environ par rapport à l'axe de la vis, comme cela est illustré par les flèches en traits mixtes visibles en figure 1. Suivant l'invention, le réglage de cette precharge est obtenu de façon nouvelle grâce à l'emploi d'une bague extensible 8 inseree entre les écrous 2 et 3, cette bague faisant office de vérin. Comme illustré en fig. 3, cette bague est constituée, d'une part, d'un cylindre 9 se présentant sous la forme d'un anneau, celui-ci étant pourvu d'une chambre circulaire debouchant sur la face frontale 92 de ce cylindre, d'autre part, d'un piston 10 se présentant également sous une forme annulaire prolongée axialement par une jupe cylindrique 11 dont le diamètre et la section sont rigoureusement conformes à ceux de la chambre g1,de manière à ce que ces deux parties,de profil complémentaire, soient emboitées l'une dans l'autre à la façon d'un vérin. L'étanchéité entre le piston et le cylindre est obtenue à l'aide d'une segmentation, par exemple par l'emploi de joints annulaires 12 et 13 respectivement logés dans les gorges circulaires 14 et 15 du piston 10 et du cylindrs 9. La chambre circulaire 91 du cylindre est en relation avec au moins un orifice axial 16 débouchant dans un conduit 17 orienté tangentiellement à ladite chambre 91, ce conduit servant de cylindre à un piston auxiliaire de réglage 18, mobile en translation, dans ce conduit, et commandé de l'extérieur par une vis auto-blocable 19 dont le filetage 20 coopère avec le taraudage 21 du chambrage 22 réalisé dans le cylindre 9. Ce chambrage, comme illustré en fig. 2, débouche directement à l'extérieur de la partie 9 de la bague, de sorte que la vis 21 est facilement accessible à l'aide d'un outil. Cette vis comporte, de préférence; une tête 191 à 6 pans creux facilitant sa rotation. L'étanchéité entre le piston auxiliaire de réglage 18 qui est indépendant de la vis 19 et son cylindre 17 est obtenue à l'aide d'un joint annulaire 23. Dans l'exemple illustré, les pistons auxiliaires de réglage 18 sont, comme illustré en fig. 2, au nombre de 2 et sont diamétralement opposés, les deux vis 19 étant accessibles de l'extérieur. Cette bague extensible est insérée entre les deux écrous 2 et 3 (fig. 1) et le cylindre 9 de cette bague est relie à l'écrou 2 par un pion de centrage 24 logé partiellement dans chacun des deux trous borgnes 25 et 26 de l'écrou et du cylindre 9 de la bague. La partie 10 de la bague extensible constituant le piston est reliée à l'écrou 3 par une clavette 27 dont l'une des extrémités est fixée par une vis 28 à l'écrou 3, tandis que l'autre extrémité est logée dans une fraisure 29 de la partie de bague constituant le cylindre 9. Un premier réglage de la précharge des écrous 2 et 3 est obtenu en immobilisant l'écrou 2 et en entrainant en rotation l'écrou 3, de façon à déplacer celui-ci en translation axiale en direction du piston annulaire 10. Lorsque cet écrou 3 est en appui contre le piston 10, on poursuit sa rotation et, par conséquent, son déplacement axial, de telle sorte qu'il exerce une poussée sur le piston 10 qui engendre une compression du fluide emmagasinné dans la chambre circulaire 91 du cylindre 9, cette compression ayant pour effet d'engendrer une réaction axiale dirigée suivant deux forces de direction opposée (f)êche F1-F2, fig. 1). Cette force axiale transmet une précharge Pa-Pb sur les billes 6 en contact avec les flancs des filetages semitcircueires de la vis et des écrous. La compression de cette bague de précharge placée entre les écrous 2 et 3 s'effectue jusqu'à ce que l'interstice E subsistant entre les deux parties constitutives de la bague soit réduit au minimum, soit 0,3 à 0,5 mm.A ce stade du réglage, on procède à la mise en place de la clavette 27 qui a pour effet de rendre solidaire l'écrou 3 de la bague extensible, elle-même déjà solidaire de l'écrou 2 par le pion 24. La précharge définitive est obtenue à l'aide des vis de réglage 19 (fig. 2 et 3). En effet, le vissage de ces vis en appui sur l'extrémité frontale des pistons auxiliaires 18 a pour effet d'entraîner ceux-ci en translation axiale en direction de leur cylindre respectif, ce qui a pour effet de comprimer le fluide contenu dans ces cylindres et communiquant avec la chambre circulaire 91 du cylindre annulaire 9. La pression exercée sur ce fluide contenu dans une chambre fermée a pour effet d'exercer une pression axiale sur la partie frontale 151 de la jupe du piston annulaire 10, ce qui provoque son déplacement en translation axiale suivant la flêche F3 (fig. 3). Cette pression appliquée sur le piston annulaire 10 provoque une force axiale sur l'éorou 3 et, par contre-réaction, sur l'écrou 2, déterminant ainsi la précharge définitive des écrous, et, par suite, des billes. Il est en outre possible de contrôler la valeur exacte des forces F1, F2, correspondant à la précharge,en plaçant dans le chambrage taraude 22 de la bague extensible, à la place de l'une des deux vis de réglage, un manomètre de pression permettant de lire la force de précharge s'exerçant sur les deux ecrous 2 et 3. Le fluide servant d'agent moteur au fonctionnement de la bague extensible peut être de l'huile ou tout autre fluide non compressible. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et l'on pourra prévoir d'autres formes et modes de réalisations sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS l /- Vis à billes utilisée notamment comme élément de transmission dans les machines de grande précision, telles que celles fonctionnant par calcul analogique, du type constitué d'une tige filetée associée à au moins un écrou taraudé, dont le filetage est identique à celui de la vis, la vis et l'écrou étant en contact roulant et étant mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre, par l'entremise d'un train de billes circulant dans le conduit spiralé formé par les filets semi-circulaires de la vis et de l'écrou, les billes étant recyclées de façon continue par des canaux de transfert pratiqués dans l'écrou, des moyens de pression associés à l'écrou assurant une précharge sur les billes et permettant un rattrapage du jeu inhérent à l'usure ou aux phénomènes mécaniques, vis à billes caractérisée en ce que les moyens de pression et de réglage de la précharge des billes sont constitués par une bague, extensible axialement, insérée entre deux écrous, le développement de cette bague étant réglé et contrôlé de l'extérieur. 2 /- Vis à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague, extensible axialement, est constituée de deux parties, de profil complémentaire, emboitées l'une dans l'autre, avec interposition d'un moyen de pression réglable. 3 /- Vis à billes selon la revendication 2, caractérisée en ce que la bague extensible est réalisée sous la forme d'un vérin annulaire et comprend, d'une part, un cylindre formé par un anneau pourvu d'une chambre circulaire en relation avec au moins un conduit axial débouchant dans le cylindre auxiliaire d'un piston de réglage dont la course est commandée depuis l'extérieur, et, d'autre part, d'un piston formé également par un anneau prolongé axialement par une jupe cylindrique ayant la même section que la chambre circulaire du cylindre, un fluide non compressible étant inséré entre les deux parties de cette bague, de sorte qu'une poussée sur le piston de réglage engendre une pression sur le fluide moteur, ce qui provoque un déplacement du piston annulaire par rapport à son cylindre, ou vice et versa, le contrôle de la course de ce piston de réglage permettant de contrôler celle du piston annulaire et, par suite, de régler la précharge des billes contenues dans les écrous associés à chacune des deux parties de la bague extensible. 4 /- Vis à billes selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague extensible est pourvue de deux conduits axiaux, diamétralement opposés, débouchant dans les cylindres de deux pistons de réglage assujettis à des vis de commande, ces pistons étant situés dans un plan tangentiel à la chambre circulaire de la bague, de sorte que les vis logées dans des chambrages de ladite bague sont accessibles de l'extérieur. 5 /- Vis à billes selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'un des pistons de réglage peut être associé à un manomètre pour contrôler la pression régnant dans la chambre circulaire de la bague extensible. 6 /- Vis à billes selon l'une quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisée en ce que l'une des parties de la bague extensible est reliée à l'un des deux écrous par un pion de centrage, l'autre étant reliée à l'autre écrou par une clavette.