Brevet FR2352984A1 — publié le 19771223

La présente invention se rapporte à un dispositif de guidage rectiligne à roulement pour des éléments de machines animes de mouvements de translation réciproques, composé de deux éléments concentriques, &commat; 5RVojr da7n élément extérieur en forme de douille et d'un élément intérieur en forme d'arbre. Dans des dispositifs de guidage connus de ce type, appelés communément douilles à billes, l'élément extérieur ou douille comporte, réparties sur son pourtour, plusieurs rangées longitudinales d'éléments roulants formés par des billes susceptibles de circuler en circuit fermé. Chacun de ces circuits comprend une partie aller sur laquelle les billes portent à la fois contre un chemin de roulement de la douille et contre la surface d'un arbre engagé dans la douille, ainsi qu'ure partie retour sur laquelle les billes passent avec du jeu, sans porter contre la surface de l'arbre, dans une rainure ménagée à l'intérieur de la douille. Il existe deux groupes principaux de telles douilles à billes. Dans les douilles du premier groupe, la partie aller et la partie retour de chaquecircuit de billes sont disposées dans un plan sensiblement tangentiel à la surface de l'arbre. Ces douilles dites à circulation tangentielle présentent l'avantage que l'épaisseur radiale de la douille peut être maintenue faible, mais l'inconvénient que leur capacité.de charge est réduite car le nombre de rangées de billes susceptibles d'être réparties sur le pourtour de la douille est limité par suite de l'agencement tangentiel des circuits de billes. Dans les douilles à billes du second groupe appelées douilles à circulation radiale, la partie aller et la partie retour de chaque circuit de billes sont situées sensiblement dans un même plan passant par l'axe longitudinal de la douille, ce qui fait que la douille doit présenter une plus grande épaisseur radiale, mais qu'il est possible de répartir un plus grand nombre de circuits de billes sur le pourtour de la douille, donc d'obtenir une plus grande capacité de charge, Pour les douilles à billes du type à circulation tangentielle, on a déjà proposé de réaliser l'élément extérieur, c'est-à-dire la douille proprement dite à partir d'un ou de deux manchons.concentriques en matière plastique constituant une cage et de segments métalliques rapportés dans cette cage pour constituer les chemins de roulement pour la partie aller des circuits- de billes, partie sur laquelle les billes portent contre 11 arbre et sont donc chargées. La partie retour des circuits des billes est prévue dans le ou les manchons en matière plastique où les billes circulent avec du jeu, sans porter contre l'arbre, c'est-à-dire sans être chargées.Ce mode de réalisation permet de réduire le poids de la douille et simplifie également la fabrication de cette dernière du fait que les manchons peuvent être réalisés, par exemple, par moulage par injection. Ces pièces en matière plastique qui servent uniquement au guidage et à la retenue des billes et des segments peuvent être fabriquées avec des tolérances relativement larges, sèuls les segments maintenus avec du jeu dans la cage participant, avec les billes de la partie aller des circuits, à la transmission des efforts entre l'arbre.et..le logement de la douille. Par.contre,--dans les douilles à billes à circulation radiale, la partie aller, en l'occurrence le chemin de roulement des billes sur cette partie aller, et la partie retour de tous les circuits sont ménagées jusqu'à présent dans un même manchon.métallique, ce qui implique un poids élevé et impose une fabrication très précise de ce manchon afin que les billes des différents circuits d'une douille portent, sur la partie aller des circuits, uniformément à la fois contre ce manchon et la surface de l'arbre. L'objet de la présente invention est un dispositif de guidage à roulement réunissant les avantages des deux groupes de dispositifs connus de ce type, c'est-à-dire une fabrication simple, un poids réduit et une capacité de charge élevées. Dans le dispositif de guidage conforme à l'invention, chaque circuit d'éléments roulants comprend une partie aller sur laquelle les éléments roulants portent à la fois contre un chemin de roulement de l'élément extérieur en forme de douille et contre la surface de l'élément intérieur en forme d'arbre et une partie retour sur laquelle les éléments roulants passent avec du jeu, sans porter contre la surface de l'arbre, dans une rainure ménagée à l'intérieur de la douille. La partie aller et la partie retour de chaque circuit sont situées sensiblement dans un même plan passant par l'axe longitudinal du dispositif de guidage.Le chemin de roulement pour la partie aller et la rainure pour la partie retour de chaque circuit d'éléments roulants sont ménagés dans un même segment métallique rapporté dans une cage en matière plastique et sensiblement dans un même plan radial. Pour augmenter encore davantage la capacité de charge du dispositif de guidage même dans des conditions de fonctionnement défavorables, chaque segment présente avantageusement une surface extérieur en forme de secteur de cylindre et le logement pour la douille du dispositif de guidage présente un alésage ayant à ses deux extrémités axiales un plus grand diamètre qu'au milieu de sa longueur. Ce logement dont l'alésage peut être, par exemple, de forme biconique (en diabolo) avec un arrondi à la zone de raccordement des deux cônes ou avoir la forme d'un hyperboloide à une seule nappe peut être -prévu, soit dans un manchon intercalé entre la douille du dispositif de guidage et l'alésage d'un palier servant à recevoir ce dispositif, soit directement dans un tel palier.Ce'logement à alésage de forme non cylindrique contre lequel porte la surface extérieure des segments fait quelesdits segments possèdent une certaine mobilité angulaire. I1 est donc ainsi possible de compenser d'éventuels défauts d'alignement entre l'axe du logement du dispositif de guidage, par exemple d'un palier, et l'axe de l'arbre devant être guidé,- ce qui procure un effet d'auto-alignement et assure une répartition uniforme des charges sur tous les éléments roulants se trouvant sur la partie aller des différents circuits. Enfin, pour accroStre encore davantage la capacité de charge du dispositif de guidage, il est possible d'utiliser, en tant qu'élments roulants, à la place de billes, des rouleaux ayant des génératrices en arc de cercle avec un rayon de courbure adapté au rayon de courbure de l'arbre guidé. On obtient ainsi, à la place d'un contact ponctuel entre chaque élément roulant en forme de bille et la surface de arbre, un contact linéaire, ce qui permet, le cas échéant, d'utiliser des arbres non trempés, ce qui est impossible avec les douilles à billes. Il est également possible, afin de pouvoir utiliser des mêmes ro1lleellx po des arbres de diamètres différents, de faire appel à des rouleaux biconiques dont le diamètre, aux deux extrémités, est supérieur à celui au milieu de la longueur des rouleaux. Dans ce cas, chaque rouleau possède deux points de contact avec l'arbre. Par ailleurs, il est possible, pour empêcher toute rotation de l'arbre par rapport à la douille du dispositif de guidage, d'utiliser en tant qu'éléments roulants des rouleaux cylindriques et de prévoir sur l'arbre des méplats en regard des parties aller des circuits desdits rouleaux. Un dispositif de guidage à roulement ainsi réalisé peut être utilisé, p w exemple, pour monter une roue sur un arbre de manière que cette roue soit immobIlisée en rotation par rapport à l'arbre, mais soit mobile en translation axiale par rapport à ce dernier. Un tel dispositif de guidage peut donc remplacer.avantageusement un montage par exemple du type à cannelures, -le contact à frottement d'un tel montage étant ainsi remplacé par un contact à roulement. En se référant au dessin annexé, on va décrire ciaprès, à titre d'exemples illustratifs, plusieurs modes de réalisation non limitatifs d'un dispositif de guidage conforme d l'invention; sur ce dessin: la fig. 1 est une coupe transversale d'un dispositif de guidage à billes conforme à l'invention, suivant I-I de la fig. 2; la fig. 2 est une coupe axiale du dispositif de guidage à billes suivant la fig, 1; la fig. 3 est une coupe transversale partielle, à plus grande échelle, d'un dispositif de guidage conforme à l'invention à rouleaux en forme de diabolo; la fig. 4 est une.coupe transversale partielle, à plus grande échelle, d'un dispositif de guidage conforme à l'invention à rouleaux cylindriques. Le dispositif de guidage illustré par les fig. l et 2 est destiné au guidage rectiligne de deux éléments de machines animés de mouvements de translation réciproques, par exemple au guidage d'un élément de machine mobile par rapport à un arbre fixe. Ce dispositif comprend un élément extérieur 1 relié à l'élément de machine mobile, non représenté, et un élément intérieur 2 constituant l'arbre sur lequel ledit élément de machine doit être guidé. L'elEment-.extfirieur 1 du dispositif de guidage constitue une douille a-billes comportant, réparties sur son pourtour, plusieurs rangées longitudinales de billes 3 susceptibles de circuler en circuit fermé. Chacun de ces circuits comprend une partie aller 4 et une partie retour 5. La partie aller 4 et la partie retour 5 sont reliées entre elles, à leurs deux extrémités; par une partie de renvoi 6 en arc de cercle permettant aux billes 3 de passer de la partie aller 4 à la partie retour 5, et inversement. La douille 1 du dispositif de guidage se compose d'une cage 7, par exemple en matière plastique, et de segments 8, par exemple métalliques, rapportés dans des ouvertures longitudinales 9 traversant ladite cage 7 dans le sens radial. Les segments 8 dont la forme correspond à celle des ouvertures. 9 'des la -cage 7 présentent une rainure longitudinale extérieure 10 de profil sensiblement circulaire avec un diamètre et une profondeur légèrement supérieurs au diamètre des billes 3, ainsi qu'une rainure longitudinale intérieure à & profil en arc de cercle dont le rayon correspond sensiblement au rayon -des billes 3. La rainure extérieure 10 qui débouche vers l'extérieur constitue la partie retour 5 du circuit de billes, partie dans laquelle les billes 3 circulent avec du jeu. Les bords extérieurs 12 des flancs de la rainure 10 se rapprochent jusqu' une distance réciproque inférieure au diamètre des billes3 et empêchent ainsi les billes 3 de tomber de la rainure 10 vers l'extérieur. La rainure ll constitue le chemin de roulement pour les billes 3 sur la partie aller 4 du circuit de billes, partie sur laquelle les billes 3 portent à la fois contre ladite .rainure il et la surface latérale cylindrique 13 de l'arbre. Sur cette partie 4 du circuit de billes, les billes 3 sont guidées latéralement, avec du jeu, par les flancs de la partie intérieure 14 de l'ouverture 9 de la cage 7S dont les bords intérieurs 15 sont rapprochés l'un de l'autre à une distance inférieure au diamètre des billes 3, pour empêcher ainsi ces dernières de tomber vers l'intérieur. Les segments 8 sont montés avec du jeu dans les ouvertures 9 de la cage 7 et sont retenus dans lesdites ouvertures 9 grâce à des nervures 16 prévues sur les deux flancs longitudinaux des ouvertures 9 et coopérant avec des rainures 17 ménagés dans les deux flancs longitudinaux des segments 8. Les deux rainures 10, 11 de chaque segment 8 se trouvent dans un même plan passant par l'axe longitudinal du dispositif de guidages 1, 2, ce qui permet d'établir une circulation radiale des billes de chaque circuit. La cage 7 entoure l'arbre 2 avec du jeu. On reconnaît sur les fig. 1 et 2 que l'élément extérieur 1 en forme de douille est entouré d'un manchon 18, de préférence métallique. Ce manchon 18 dont le diamètre extérieur correspond au diamètre de l'alésage du logement servant à recevoir l'élément extérieur 1 du dispositif de guidage présente un alésage de forme biconique (en diabolo) comprenant deux sections coniques allant en s'élargissant en sens contraire. vers l'extérieur avec un arrondi 21 à la zone de raccordement des deux surfaces coniques 19, 20.Les segments 8 ont. dans l'ensemble une surface extérieure 22 en forme de secteur de cylindre et ne se trouvent ainsi en contact avec l'alésage du manchon 18 que sur une faible partie de leur longueur (voir fig. 1). Leur épaisseur radiale est choisie de manière que leur surface extérieure 22 se trouve à ras ou légèrement en saillie de la surface extérieure de la cage 7, Le dispositif de guidage suivant les fig. 1 et 2 présente l'avantage que, grâce à la disposition des parties aller et retour de chaque circuit de billes dans un même plan passant par l'axe du dispositif de guidage, il est possible de répartir un nombre optimal de circuits de billes sur le pourtour du dispositif de guidage, d'où une grande capacité de charge. Par ailleurs, l'utilisation d'un manchon 18 à alésage biconique permet à la douille à billes de pivoter dans une certaine mesure par rapport au logement dans lequel elle est montée, par exemple dans le cas de défauts d'alignement des.axes de l'arbre et dudit logement, les segments 8 pouvant "rouler" autour de l'arrondi 21 du manchon 18, ce qui assure,- dans le cas de défauts d'alignement, une répartition uniforme des charges sur toutes billes 3 de la partie aller 4 des circuits de billes. Le mode de réalisation illustré par la fig. 3 se distingue de celui des fig. 1 et 2 principalement par le fait que les éléments roulants, au lieu d'être des billes, sont des rouleaux 24 épousant la forme de la surface extérieure 13 de l'arbre 2, c'est-à-dire des rouleaux concaves dont les génératrices sont incurvées suivant un rayon de courbure correspondant au rayon de l'arbre 2.Les segments 25 comportent, d'une part, pour la partie aller du circuit de rouleaux, un chemin de roulement convexe 26 bombé suivant un rayon de courbure correspondant, et, d'autre part, pour la partie retour du circuit de rouleaux, une rainure 27 de profil sensiblement rectangulaire, à fond plat 28, sur lequel les rouleaux 24 -roulent au niveau de leurs deux extrémités cylindriques. 29 tes rouleaux 24 comportent par ailleurs, sur leurs deux faces d'extrémité, un tourillon 30 coopérant avec un épaulement 31 prévu sur chaque flanc de la rainure 27, d'une part, et avec un épaulement 32 prévu sur chaque flanc de l'ouverture 33 ménagée dans la cage 34 pour recevoir les segments 25.Cela empêche les rouleaux 24 de tomber hors du circuit, tant vers l'extérieur que vers 1' intérieur, L'avantage de ce mode de réalisation réside dans le fait que le contact entre chaque rouleau 24 et la surface 13 de l'arbre z ainsi que le chemin de roulement 26 des segments .25.n'est pas ponctuel, mais linéaire, ce qui procure une capacité de charge notablement accrue ou permet même d'utiliser des arbres non trempés. Le mode de réalisation illustré par la fig. 4 est une varianta de la fig.. 3 avec des rouleaux cylindriques 35 roulant sur des méplats 36 prévus sur la surface. latérale 37 par ailleurs cylindrique de l'arbre 38. Les segments 39 présentent un chemin de roulement 40 également plat pour les rouleaux 35 dans la partie aller du circuit de rouleaux. La principale particularité de cette variante réside dans le fait que les rouleaux 35 sont à même de transmettre, non seulement des efforts radiaux, mais également des efforts circonférentiels (couples) entre un élément de machine intérieur (arbre) et un élément de machine extérieur (par exemple une roue), de sorte que ce dispositif peut remplacer avantageusement des accouplements, par exemple du type à cannelures-ou analogue utilisés jusqu'd présent pour relier deux éléments concentriques de manière à permettre une translation longitudinale de l'un des éléments par rapport à l'autre et simultanément, la transmission d'un couple entre ces deux élément;.. I1 convient de remarquer que les modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus n'ont été donnés qu'à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs -et qu'il est possible.d'y apporter de nombreuses modifications ou variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Ainsi, les rainures pratiquées dans les-segments pour la partie retour des circuits des éléments roulants peuvent également être fermées vers l'extérieur, bien que cela complique la fabrication des segments. Par ailleurs, le manchon à alésage non cylindrique prévus entre l'élément extérieur du dispositif de guidagè et le logement de ce dispositif peut être supprimé, 11 élément extérieur du dispositif de guidage étant alors monté directement dans un logement à alésage non cylindrique prévu, par exemple, dans un corps de palier à semelle ou un support analogue. En outre, la douille et son logement peuvent être fendus axialement de manière à n'entourer l'arbre que sur une partie de la pEriphérie, permettant ainsi la circulation de la douille sur un arbre supporté sur toute sa longueur. Enfin, la douille peut également être montée sur un roulement de façon à permettre la rotation de l'arbre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de guidage rectiligne à roulement pour .des éléments de machines animés de mouvements de translation réciproques, composé de deux éléments concentriques, à savolr'dl.un élément extérieur en forme de douille et d'un élément intOrieur en forme d'arbre, la douille comportant plusieurs rangées longitudinales d'éléments roulants susceptibles de circuler en circuit fermé, chacun desdits circuits comprenant une partie aller sur laquelle les éléments roulants portent 4 la fois contre un chemin de.roulement de la douille et contre la surface de l'arbre et une partie retour sur laquelle les éléments roulants passent avec du jeu, sans porter contre la surface de l'arbre, dans une rainure ménagée à l'intérieur de la douille, caractérisé par le fait que la douille est formée d'une cage et de segments rapportés dans cette cage et définissant chacun, dans un même plan passant par l'axe longitudinal du dispositif de guidage, à la fois le chemin de roulement pour la partie aller et la rainure pour la partieretour d'un des circuits d'éléments roulants. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque segment présente une surface extérieure en forme de secteur de cylindre et que le logement pour la douille présente un alésage ayant à ses deux extrémités axiales..un plus grand diametre qu'au milieu de sa longueur. 3. Dispositif. suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le logement pour la douille présente un alésage de forme biconique (en diabolo) avec un arrondi à la zone de raccordement des deux cônes. 4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par..le fait que le logement pour la douille présente un alésage en forme d'hyperboloide à une seule nappe. 54 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications prEcEdentes, caractérisé par le fait que les éléments roulant6..sont constitués,. de façon connue en soi, par des billes. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les éléments roulants sont constitués par des rouleaux à surface latérale concave ayant des génératrices incurvées avec un rayon de courbure correspondant au rayon de courbure de la surface de l'arbre, 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les éléments roulants sont des rouleaux cylindriques roulant sur des méplats de la surface de I'arhe.