Brevet FR2328138A1 — publié le 19770513

La présente invention a pour objet un dispositif de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation comprenant un arbre cylindrique, creusé d'une gorge hélicoïdale de pas constant, traversant un écrou creusé dans sa surface latérale intérieure cylindrique d'au moins une gorge hélicoi- dale de même pas que la forme présente par l'arbre, l'écrou et l'arbre ne réagissant l'un sur l'autre que par l'intermédiaire de billes prenant appui sur les part les en regard des gorges creusées respectivement dans l'arbre et dans l'écrou. De tel disposltifs de transformation de mouvenents, qui peuvent être révorsibles, sont utilises en mécanique de précision, en particulier où les vis de dôplacement linéaires de machinesoutils, d'appareils de présision d'instruments optiques ; ils présentent généralement de très hautes performances mécaniques, admettent des charges relativement importautes et ont un rendement mécanique élevé permettant de ('i-pJacer des charges relativement fortes avec des couples très réduits. Comme ils présentent me grande résistance à l'usure, ils présentent des jeux de fonctionnement presque nula. La liaison entre l'arbre et l'écrou n'étant réalisée que par l'intermédiaire des billes qui suivent des rampes hélicoldales, il faut dans un dispositif monté d'une part, que les billes de liaison mécanique ne puissent s'échapper des volumes où elles remplissent leurs fonctions et d'autre part, que ces mêmes billes puissent cheminer en circuit fermé sur lui-même pour que leur répartition reste toujours compatible avec les efforts transmis par le dispositif quels que soient les mouvements relatifs de l'arbre et de l'écrou. Différents dispositifs sent sctuellement conus qui réalisent la fermeture sur lui-même du cheminement des billes de liaison mécanique entre l'arbre et l'écrou. Dans l'un 11 eux, deux trous obliques perçés dans l'écrou débouchent tengentiellement dans le creux de deux gorges de l'écrou et un canal de retour, usiné sur la face interne d'une pièce auxiliaire ajustée sur cet écrou, pernet le retour des billes dans la partie en regard des gorges du couple arbre-écrou. Ce canal de retour, d'une forme sinueuse qui en complique l'usinage, nécessite une implantation précise des deux trous par rapport aux gorges usinées au préalable. I1 faut monter au minimum deux pièces ajustées et une vis de fixation de l'une sur l'autre ce qui implique mi prix de revient élevé du dispositif complet. On connaît également des systèmes de cireulation des billes comportant des tubes cintrés ext6rieurs à l'écrou soigpousement biseautés et fixés sur les parois terminales transvorsales de l'écrou. Cette fabrication soulève des difficultés d'ajustage et présente l'inconvénient d'augmenter l'encombrement de l'écrou. On connaSt eufin un système de circulation des bilies, comportant des pièces rapportées ajustées dans l'épaisseur de l'écrou après son usinage présentant des petites rampes sinueuses ramenant les billes à leur point de départ, nécessitant une implantation très précise par rapport à la gorge préalablement usinée dans l'écrou. L'usinage de ces pièces s'effectue par électro-érosion, d'un prix élevé, et leur montage comporte des travaux d'assemblage délicats. Le plus souvent la fabrication de l'écrou nécessite l'usinage d'un filetage continu, déhouchant sur les deux faces transversales de l'écrou, bien qu'une partie de ce filetage soit com.plètement inutile du point de vue de la transfonaation des mouvements. L'objet de la. présente invention est de procurer un dispositif de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation à cheminement fermé de billes ne nécessitant qu'un usinage simple de l'crou. Dans ce but, l'invention propose un dispositif de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation à cheminement fermé de billes comprenant un arbre cylindrique, creusé sur sa surface latérale d'une gorge hélicol- dale ouverte de pas constant don; la section transversale est sensiblement semi-circulaire, traversant un écrou creusé dans sa?aroi latérale intérieure cylindrique d'un moins une gorge ouverte comprenant une partie hélicoïdale de moins d'un pas, de mêmes.caractéristiques que la gorge hélicoïdale creusée dans l'arbre mais dont la section transversale sensiblément semicirculaire complète substantiellement la section transversale de la gorge hélicoldale de l'arbre, l'arbre et l'écrou réagissant l'un sur l'autre par l'intermédiaire de billes sphériques prenant appui sur les éléments hélicoldaux en regard des gorges creasées respectivement dans l'arbre et dans l'écrou, les extrémités de la partie hélicoïdale de chaque gerge erousée dans le paroi intérieure de l'écrou étant reliées par un canal ouvert dont la Drofandeur et la largeur y permettent le passage des billes sans débord, referment le cheminement des hilles meintendes dans la gerge corprespondante. Diverses autres caract6ristiques de l'invention ressertent d'ailleurs de la description d'taillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est re- présent e, à titre d'exemple non limitaitif, ou densin annexé. La fig. 1 représente une vue d'ensemble dengladinale avec arraché partiel du dispositif de l'invention. La fig. regrésente une coupe radiale de l'écour. La fig. 3 geprésente la coupe suivant la ligne III-III de la fig. 3. La fig. 4 représente une vue déveloposée de l'intérieur de l'écrou, supposé fendu parallèlement à l'axe général du dispositif. La fig. 5 est une coupe partielle suivant la ligne V-V de la fig. 4. La fig. 6 est une coupe partielle suivant la ligne VI-VI de la fig. 5. Le dispositif 11 de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation à cheminement fermé de billes selon l'invention comprend un arbre 13 de forme générale sylindrique de révolution dans sa partie active et munie à ses extrémités d'organes connus d'accouplement et de lisisen non figurés. Get arbre 13 traverse un écrou 45 dont la surface intérieure est substantiellement cylindrique de révolution, de même axe que l'arbre 13. Entre l'arbre 13 et l'écrou 15 existe un léger jeu de sorte que l'arbre puisse coulisser dans l'écrom sens aucun frothement. L'arbre 13 présente, crenusée dans sa parci latérale, une gorge 17, ouverte, dont la surface est sensiblement équivelement à celle engendrée par le déplacement d'un demi-cercle 19 dont le centre décrit une hélice 21 à pas constant inserite sur la surface latérale, cylindrique de révolution, de l'arcre 13, le plan du demi-cercle générateur étant constamment sensiblement perpendiculaire à l'hélice de base. Le pas de l'hélice de base 21 et le diamètre du demi-cercle générateur 19 sont choisis de manière à ce que subsiste, entre deux spires conr entives de la gerge 17, une intersprire 23, partie aglique héliocïdale de la paroi latérale primitive de l'arbre 13. L'écron 15 a été perrésent6 sous la forme générale d'un tube à paroi de forte épaisseur. Dans le fonctionnement du dis positif de l'invention. seule entre en jeu la surface intéricare de l'écron 15 qui est par aillenrs munt d'organes connus d'acconplement et de liaison non figurés. L'écrou 15 présente creusés a sa surface latérale intérieure en rogard de la surface latérale de arbre 13, une ou plusieurs gorges 5 qui ont toutes la même constitution et fermet exscune un canal ouvert contins circonscrivent l'arbre 13.Sur la plus grande partie du canal refermé sur lui-même qu'alle forme, chaque gerge 25 a gensiblement la même définition que celle d'une spire de la orge 7, c'est-à-dire que sa surface est sensiblement équivalente à celle engendrée par le déplacement d'un demi-cercle 27 dont le centre décrit une lice 29 à pas constant Inscrite sur na surface latérale intérieure de révolution de l'écrou 15, le plan du demicercle 27 générateur étant constamment sensiblement perpendiouladre a l'hélice de base 29.Le diamètre du demi-cercle 27 éné- rat car est le même que celui du demi-cercle 19 de la gorge 17, et le pas de l'hélice de base 29 est le même et de même orientation que celui de l'hélice 21 de la gorge 17, le jeu entre l'arbre 13 et l'écrou 15 étant très faible. Ainsi sur la plus grande partie de la périphérie de l'arbre 3, une gorge 29 creusée dans écrou 15 coopère avec une spire de la gorge 17 creusée dans l'aubre 13 pour constituer un canal substantiellement hélicoïdal et de section circulaire. Dans le canal ainsi forme sont disposées des billes 91 dont le diamètre est égal, à un jeu minime près, an diamètre des demi-cercles 19 et 27 générateurs des gerges. On peut, pour simplifier, considérer que les billes 31 oili, sans être jointives sont assez nombreuses, forment le filet mâle de l'urne des deux pièces, écrou ou arbre au choix, s'engageant dans la gorge, constituant le filet femelle, de l'autre pièce. Comme les billes 31 ne sont pas jointives et qu'elles présentent un léger jeu par rapport aux. gorges leur encastrement est très peu rugueux et le frottement réciproque des "fIlets" mâle et femelle est très faible. peut d'ailleurs le minimiser par une lubrification convenable des surfaces en contact, taillées dans des matériaux spécialement choisis et traitées de façon particulière. Toutes ces mesures amènent une réversibilité presque parfaite du dispositif. Four assurer, sans blocage ni détérioration du dispositif, un cheminement fermé des billes 31, qui tendent à se déplacer dans les gorges complémentaires selon l'une des deux directions permises suivant les sollicitations mécaniques qui leur sont transmises par l'arbre 13 ou l'écrou 15, chaque gorge 25 présente, sur une partie 33 de la périphérie de l'arbre 13, d'une part, une profondeur plus grande, d'autre part, une orientation différente. En effet, si chaque gorge 19 avait exactement la même confi- guration sur un tour complet, elle s trouverait, a l'issue de ce tour, décalée, parallèlement à l'axe commun de l'arbre 13 et de l'écrou 15, sensibletnent de la valeur d'un pas de lthélice de base et les billes 31 ne pourraient revenir à leur point de départ en continuant leur rotation dans le même sens autour de l'axe général du dispositif. Pour que les billes plissent revenir à leur point de départ, il faut qu'elles se déplacent, parallèlement à l'axe et dans la direction opposée, de a valeur de la translation correspondant à la fraction de pas de l'hélice de base (21-29) qu'elles ont parcourue, en franchissant à l'extérieur de l'arbre 13 une interspire 23.Il faut donc que la gorge 25 présente au passage de cette interspire une surprofondeur permettant la libre circulation des billes 31, surprofondeur très peu supérieure au rayon de ces billes. Si la figure 5 représente e la coupe transversale d'une gorge 25 sur la plus grande partie de son parcours périphérique, la fig. G représente la coupe d'irne gorge 25 dans la zone 33 d'approfondissement. Cn peut estimer que 1 section de la gorge 25 considérée présents substantiellement le demicercle 27 prolongé +ar deux segments rectilignes 55. Si on considère que la figure 4 représente une vue développée de l'intérieur de l'écron 15 supposé fendu parallèlement à l'axe général du dispositif, on voit nettenent le changement de direction d'une gorge 25 par rapport a l'axe général dans la zone 33 d'approfondissement de la gorge.Cette zone 33 d'une gorge 25 peut présenter un mode de génération analogue à celui de la majeure partie de la gorge 25 à trois différences près : le demi-cercle générateur entaille plus profondément l'écrou 15, c'est-à-dire qu il est plus éloigné de l'axe général du dispositif, et le pas-de l'hélice de base,en valeur absolue plusieurs fois plus élevé -uc celuI de l'hélice de base 21-29, est erienté dans le sens opposé. Bien entendu des surfaces de raccordement sont prévues entre les deux profils générailx de chaque gorge 25. I1 est évident que dans les zones 33, des billes r.e jouent aucun rôle de liaison entre l'arbre 13 et l'écrou 15. S'il n'y a qu'une gorge 25 dans l'écrou 15, ou cherche è réduire cette zone 33 au minimum compatible avec les modes de fabrication du dispositif et avec son bon fonctionnement. Si l'écrou 15 colporte plusieurs gorges 25, leurs zones 33 sont réparties angulairement de manière è ce que prstiquement dans tout plan passant par l'axe du dispositif puisse s'exercer une transformation de mouvement par une transmiss on de contrainte sur une bille ou à son voisinage immédIat.Cette répartition angulaire des zones 33 a également un rôle bénéfique pour maintenir le centrage réciproque de l'arbre et de l'écrou et pour repartir au niveau des différentes gorges 25, les contraintes dirigées vers l'axe du dispositif. On peut d'ailleurs compléter cette répartition angulaire par une répartition longitudinale par rapport à l'axe général du dispositif pour tenir compte des efforts latéraux reçus par l'écrou. Cn notera que l'inclinaison du -filet cu des gorges par rapport aux génératrices de l'arbre ou de 1'écrou peut aller jusqu'à un maximum de &alpha; 10 %. L'invention n'est pas limitée â l'exemple, de réalisation représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y entre apportées sans sortir-de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de transformation d'un mouvement de rotation en un mevenent de translation à cheminement fermé de billes comprenant un enbre cylindrique, creusé sun sa surface latérale d'une @ange hélicoïdale ouverte de pas constant don la section transversale est sensiblement semi-circulaire, traversant un écrou creusé dans sa paroi latérale intérioure cylindrique d'au moins une gerge ouverte comprenant une partie hélicoïdale de moins d'un pas, de mêmes caractéristiques que la gerge hélicoïdale creusée dans l'arbnre, mais dont la section transversale sensiblement semi-circulaire complète substantlellement la section sransversale de la gerge hélicoïdale de l'arbre, l'arbre et l'écrou réagissant l'un sur l'autre par l'intermédiaire de lilles sphériques @@enant appui sur les éléments hélicoïdaux en regard des gerges eronsées respectivement dans l'arbre et dans l'écrou, caractérisé en ce que les extrémités de la partie hélicoïdale le chaque gerge creusée dans la parei intérieure de l'écrou sont reliées par un conal ouvert, dont la profondeur et la largeur y permettent le passage des billes sans débord, referment le cheminement des billes maintenues dans la gorges correspondante. 2 - Dispositif de transformation d'un mouvement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal ouvert est substantiellement hélicoïdal de pas nettement plus élevé que celui des éléments de gerge hélicoïdaux creusés dans l'arbre et l'écrou et erienté dans le sens opposé. 3 - Dispositif de transformation d'un mouvement selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les canaux de fermeture du cheminement des billes correspondant à chacune des gerges ereusées dans l'écrou sont répartis angulairement par rapport à l'axe général du dispositif. 4 - Dispositif de transformation d'un mouvement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les gerges creusées dans l'écrou sont réparties longitudinalement en fonction des contraintes latérales appliquées au dispositif.