Brevet FR2337285A1 — publié le 19770729

La présente invention est relative à un mécanisme vis-écrou à éléments roulants, c'est- -dire du type dans lequel la vis et 1' écrou présentent chacun une gorge hélicoidale, ces deux gorges délimitant un canal hélicoïdal dans lequel sont disposés des éléments roulants. L'invention s'applique notamment à la commande mecanique d'un frein à disque pour véhicule. Dans des mécanismes vis-écrou à éléments roulants classiques, les éléments roulants,réaliss sous la forme de billes , sont déplacés par roulement lorsque l'on déplace la vis par rapport à l'écrou, ou vice-versa. I1 est prévu un dispositif de recirculation des éléments roulants, de manière que ces éléments, lorsqu'ils arrivent à une des extrémités de l'ecrou, soient renvoyés à l'autre extrémité de l'écrou. Cette recirculation des éléments roulants est réalisée à l'aide de canaux pratiqués dans la masse de l'écru ou rapportés sur 1 'extérieur de cet écrou.Ainsi, cette recirculation implique nécessairement l'utilisation d'un écrou qui a un encombrement radial important, de sorte que ce type de mécanisme ne peut être utilisé que dans des dispositifs de dimensions importantes. Toutefois, il est connu d'éviter cet inconvénient en supprimant la recirculation des billes lorsque le déplacement axial de la vis par rapport à l'écrou doit être faible. Le brevet français 1 331 054 décrit un exemple de mécanisme vis-ecrou à billes sans canaux de recyclage des éléments roulants. Les billes de ce mécanisme sont maintenus entre la vis et l'écrou par une garniture élastique en caoutchouc qui les comprime entre les filets de manière constante, de sorte quelles nepeuvent avoir qu'un mouvement de roulement sans glissement possible. Dans ce cas, il est nécessaire que le mouvement de la vis par rapport à l'écrou soit un mouvement axial de va-et-vient de faible amplitude ou que 1' écrou soit long, les billes ne remplissant pas toute la longueur du canal helicoldal. La présente invention a pour but d'eliminer les inconvénients précédents en fournissant un mécanisme vis-écrou particulièrement adapté à des conditions de fonctionnement dans lesquelles la vis doit effectuer par rapport à l'écrou un déplacement relativement important sous faible charge suivi ou précédé d'un déplacement de faible amplitude sous forte charge. A cet fret, l'invention a pour objet un mécanisme du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte des organes de fermeture de chaque extrémité du canal et un organe élastique de compression disposé dans ce canal. De préférence, l'organe élastique est un ressort hélicoïdal et est disposé entre l'élément roulant le plus proche de ladite extrémité du canal et l'élément roulant suivant. L'invention a également pour objet un frein à disque comportant un disque rotatif à freiner et une garniture de freinage reliée à un mécanisme d'actionnement tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexes, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif - la Fig. 1 est une vue schematique d'un mécanisme vis-écrou suivant l'invention, l'écrou étant représenté en coupe selon un plan diamétral - la Fig. 2 est une vue schématique partielle développée d'un canal hélicoïdal de ce mécanisme contenant des éléments roulants - la Fig. 3 est une vue en coupe diamétrale, à plus grande échelle que la Fig. 1, d'un détail de ce mécanisme vis-écrou - la Fig. 4 est une vue analogue à la Fig. 1 d'une variante de mécanisme vis-écrou selon l'invention - la Fig. 5 est une vue de face d'une bague d'extrémité faisant partie du mécanisme vis-écrou de la Fig. 4 - la Fig. 6 est une vue schématique partielle développée d' une extrémité d'un canal hélicoïdal du mécanisme vis-écrou de la Fig. 4 contenant des éléments roulants - la Fig. 7 est une vue schématique, partiellement en coupe, d'un frein à disque commandé par un mécanisme vis-écrou suivant l'invention. Le mécanisme 1 représenté à la Fig. 1 comprend une vis 2 et un écrou 3 d'axe commun X-X. La vis 2 présente trois filets 4 et l'écrou 3 présente trois filets 5. Des billes 6 sont interposés entre les filets 4 de la vis 2 et les filets 5 de l'écrou 3. La Fig. 3 montre le détail de la partie du mécanisme contenue dans le cadre 7 de la Fig. 1. Les filets 4 de la vis 2 ont un profil réel, c'est-à-dire observé en coupe axiale du mécanisme 1, formé successivement d'un segment axial 4a formant arête de ces filets, d'un segment incliné 4b formant un angle obtus x d'environ 1350 avec ce segment 4a, d'un segment axial 4c plus éloigné de 1' axe X-X que le segment 4a, et d'un segment 4d perpendiculaire à l'axe X-X etse raccordant à angle droit au segment 4a du filet suivant. Les segments 4b et 4c et les segments 4c et 4d sont raccordés entre eux respectivement par des arrondis 4e et 4f. Le rayon de ces arrondis est un peu supérieur au rayon des billes 3. Les filets 5 de l'écrou 3 ont un profil-reel formé successivement d'un segment axial 5a, d'un segment incliné 5b dirigé vers 1' intérieur et formant l'angle obtus x avec le segment 5a, d'un nouveau segment axial 5c plus proche de l'axe X-X que le segment 5a, d'un segment 5d sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X, dirigé vers l'extérieur et se raccordant à angle droit avec le précédent, et d'un nouveau segment axial 5e plus éloigné de l'axe X-X que le segment 5a. Les segments 5d et 5e et les segments Se et 5a sont respectivement raccordés par des arrondis 5f et 5g, ce dernier arrondi se raccordant à angle vif avec le segment 5a du filet suivant de l'écrou. La vis 2 et l'écrou 3 sont tels que les segments 4a et 4b de la vis sont respectivement situés vis-à-vis des segments 5a et 5b de l'écrou. Chaque filet 4 de la vis délimite ainsi avec le filet 5 correspondant de l'écrou un canal hélicoïdal 8 délimité par les surfaces hélicoïdales correspondant aux segments et arrondi 4c, 4f et 4d de la vis 2 et les surfaces hélicoïdales correspondant aux segments et arrondis 5d,5f,5e et 5g de l'écrou 3. Les deux extrémités de ce canal hélicoïdal 8 sont fermées à l'aide de deux goupilles 9a et 9b radiales introduites dans des alésages radiaux 10a et lOb traversant l'écrou, chaque goupille faisant saillie dans le canal 8. Il est bien entendu prévu trois goupilles 9a et trois goupilles 9b, les goupilles de chaque groupe étant décalées angulairement de 1200. Chaque canal 8 contient une série de billes identiques 6. Comme on le voit à la Fig. 2, du côté de la goupille 9a située à 1' extrémité avant de l'écrou 3 dans le sens d'avance f de la vis 2, un ressort hélicoïdal 11 est intercalé entre la première bille 6a et la deuxième bille 6b. Au repos, sous l'effet du ressort 11, la bille 6a est appuyée contre la goupille 9a et les autres billes sont jointives, l'autre bille extrême 6c étant appuyée contre l' autre goupille 9b du même canal 8. Le fonctionnement du mécanisme 1 ainsi décrit est le suivant L'écrou 3 étant par exemple fixé en rotation et en translation, on fait tourner la vis 2 dans le sens des aiguilles d'une montre de manière à la faire avancer dans le sens de la fleche f par rapport à l'écrou 3. Si la vis n'a pas R SUB run effort important sur son extrémité avant 2a, l'effort de compression qu'elle exerce sur les billes 6 est faible ; tant que la composante de roulement de cet effort reste inférieur à l'effort exercé par le ressort 11 sur les billes-6, ces billes glissent sur les flancs 4d et 5d des filets 4 et 5 sans se déplacer dans le canal 8. Au contraire, lorsque la vis 2 supporte un effort important sur son extrémité 2a, l'effort de roulement qu'elle exerce sur les billes devient tel que le déplacement de la vis entraîne avec lui les billes 6 à l'encontre du ressort 11 en comprimant ce dernier, de sorte que les billes roulent sans glisser entre les filets 4 et 5.Bien entendu, ce roulement des billes 6 ne peut se poursuivre que jusqu'à ce que le ressort il soit comprimé au maximum, c' est-à-dire avec ses spires jointives. Dès que la vis 2 n'est plus soumise à un effort axial important, l'effort exercé sur les billes 6 par cette vis redevient plus faible que l'effort nécessaire pour vaincre la force de compression du ressort 11, de sorte que celui-ci fait glisser les billes 6 dans le canal 8 et les ramène dans leur position initiale dans celui-ci, à savoir dans la position de la Fig. 2. Ainsi,le mécanisme I permet d'éviter de réaliser le recyclage des éléments roulants tout en conservant un écrou de faible longueur quelles que soient les amplitudes de déplacement de la vis par rapport à l'écrou, pourvu que la vis ne soit pas soumise pendant toute la durée de son déplacement à un effort important. D'autre part, il est à noter que dans le mécanisme 1, les billes 6 sont situées entre les filets 4 et 5 dans un canal 8 de section axiale à peu près rectangulaire définie notamment par les deux segments radiaux rectilignes 4d et 5d Par conséquent, lorsqu' un effort axial est exerce sur la vis 2, cet effort est transmis d par les surfaces 4d sur les billes 6 et par les surfaces 5d à l'écrou 3. Puisque les surfaces 4d et 5d sont perpendiculaires à l'axe X-8, l'effort exercé sur celles-ci est parallèle à cet de sorte que la charge limite pouvant être supportée par le mécanisme 1 est maximale. Alors que, dans l'exemple décrit ci-dessus, le maintien de billes 6 et du ressort 11 dans l'écrou 3 est réalisé à l'aide de goupilles radiales traversant l'écrou, il est possible, en variante,d'utiliser d'autres moyens de fermeture des canaux 3. C' est ainsi par exemple que dans le mode de réalisation représenté aux Fig. 4 à 6, chaque extrémité de l'écrou est fermez par une bague annulaire 12 fixée a l'écrou 3 par sertissage de sa péri périe extérieure sur un épaulement circulaire 13 de cet écrou. Comme on le voit aux Fig. 4 et 5,la bague 12 a un profil interne 14 qui est défini de façon à se trouver sur toute sa longueur à une très faible distance radiale de la v-is 2. Le profil 14 définit ainsi trois parties 15 en saillie radiale vers l'intérieur, et chaque partie 15 constitue un renflement extérieur 16 (Fig. 4 et 6)disposé en regard d'une ek de l'un des trois aPAX 3. Comme on le voit à la Fig. 6, chaque renflement 16 définit intérieurement une cavité présentant une surface d'appui 17 perpendiculaire à l'axe Y-Y du canal 3 correspondant, de façon à fournir un appui à chaque bille extrême (bille 6a sur cette figure). Bien entendu, le nombre de canaux 8 dépend du nombre de filets de la vis et de l'écrou, et ce nombre pourrait être quelconque. Dans. les exemples décrits ci-dessus, on prevoit une bille d'extrémité 6a, car il est plus commode de bloquer une bille (un point d'appui suffit) qu'un ressort. De plus, les trois billes 6a améliorent le centrage de l'extremite avant 2a de la vis, surtout si l'écrou 3 est de faible longueur. En variante, cependant,l'appui du ressort 11 sur l'organe d'arrêt 9a ou 12 pourrait s'effectuer par l'intermédiaire d'autres organes, par exemple d'un bouton d'appui muni d'un teuton de centrage dans le ressort. Un mécanisme suivant la présente invention peut être utilisé dans toutes les applications dans lesquelles l'effort appliqué à la vis n'est important que lors d'un faible déplacement de la vis, alors que le déplacement de cette vis sans charge notable peut être important. Ainsi, il y a glissement des éléments roulants pendant ce grand déplacement et roulement de ces éléments seulement lorsque la vis est sous charge, donc pour une faible course. Ainsi, par exemple, on peut utiliser avantageusement un tel mécanisme pour réaliser une tige de manoeuvre de vanne, qui doit effectuer de longs déplacements sous faible charge, l'effort n' étant important qu'en fin de course, au voisinage de la position de fermeture complète de la vanne. I1 est gaiement particulièrement intéressant d'utiliser le mécanisme 1 dans un dispositif de commande d'un frein à disque. Une telle application est représentée à la Fig. 7 et concerneun frein 18 a- disque 19 destiné à être serré entre deux garnitures de friction 20 et 21 situées de part et d'autre du disque 19, et portées l'une par Far un étrier 22 coulissant par rapport au disque 19 et l'autre 21 par une tige 23 solidaire de l'extrémité avant 2a de la vis 2 d'un mécanisme vis-écrou 1 selon l'invention, ce mécanisme 1 étant in corporé à l'étrier 22, l'écrou 3 étant bloque dans cet étrier. Le Mécanisme vis-écrou permet d'appliquer les garnitures de friction 20,21 sur les deux faces du disque 19. Ce mouvement d' application se compose - tout d'abord d'un mouvement d'approche des garnitures pour rattraper les jeux J1+J2 existant entre les garnitures de friction et les faces du disque lorsque le frein est desserré. Au cours de ce mouvement, la vis 2 du mécanisme vis-écrou ne subit pratiquement aucun effort, de sorte qu'il se produit un glissement sans roulement des billes 6 dans les canaux 8 sous l'effet des ressorts 11. I1 y a donc déplacement de la vis 2 par rapport à l'écrou 3, mais sans déplacement des billes dans cet écrou - puis d'un mouvement dû à la compression des garnitures et du disque. Pendant ce mouvement, la vis subit un effort axial important, de sorte qu'il y a alors roulement vers l'avant, sans glissement, des billes 6 du mécanisme dans les canaux 8. Toutefois, l'amplitude de ce mouvement est faible, puisqu'elle ne correspond qu'à la déformation des pièces mises en jeu et à l'usure des garnitures de friction résultant du freinage. Lors de l'arrêt du freinage, on desserre le frein en dévissant la vis du mécanisme liant qu'un effort existe encore sur la vis, pendant la période de retour des pièces de freinage à leur forme initiale, les billes 6 reculent en roulant sans glisser dans les canaux 8. Par contre, des que l'effort exercé par les ressorts 11 devient supérieur à l'effort exercé par la vis sur les billes, ces ressorts provoquent un glissement vers l'arrière des billes dans les canaux 8 de manière à les ramener à leur position initiale dans l'écrou. On remarque que ce retour s'effectue même si la vis ne revient pas à sa position initiale en raison de l'usure des garnitures de friction. Les mécanismes selon l'invention sont donc particulièrement intéressants pour ce type d'application, où il est demande successivement un mouvement d'avance d'aLDlitude quelconque sous faible charge, un mouvement d'avance de faible amplitude sous charge importante, un mouvement de retour de faible amplitude sous charge importante et un mouvement de retour d'amplitude quelconque sous faible charge, la somme des mouvements d'avance pouvant être différente de la somme des mouvements de retour. En effet, sous faible charge, il y a glissement des billes entre les filets de la vis et ceux de l'écrou de manière à ce que les billes restent dans leur position initiale dans l'écrou , quelle que soit 1' amplitude du mouvement ; au contraire,sous forte charge, il y a roulement sans glissement des billes, ce qui procure tous les avantages propres aux mécanismes vis-écrou à éléments roulants,et notamment : rendement élevé , absence de mouvement saccadé à faible vitesse, usure réduite. R E V E N D I C A T I O N S 1. Mécanisme vis-écrou, du type dans lequel la vis et l'écrou présentent chacun une gorge hélicoïdale, ces deux gorges délimitant un canal hélicoïdal dans lequel sont disposés des éléments roulants, caractérisé en ce qu'il comporte des organes (9a-9b,12) de fermeture de chaque extrémité du canal (8) et un organe élastique de compression (11) disposé dans ce canal. 2. Mécanisme vis-écrou suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe élastique (11) est disposé au voisinage d' une extrémité du canal (8). 3. Mécanisme vis-écrou suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe élastique (11) est disposé entre l'élément roulant (6 ) le plus proche de ladite extrémité du canal et l'élément roulant suivant (6b). 4. Mécanisme vis-écrou suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe élastique (11) est un ressort hélicoïdal. 5. Mécanisme vis-écrou suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les organes de fermeture comprennent des goupilles radiales (9a-9b) en saillie dans le canal (8). 6. Mécanisme vis-écrou suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les organes de fermeture comprennent des bagues annulaires (12) fixées à chaque extrémité de l'écrou (3). 7. Mécanisme vis-écrou suivant la revendication 6, caractérisé en ce que chaque bague annulaire (12) comporte intérieurement un évidement (16) disposé en regard de l'extrémité correspondante du c a n a 1 (8) e -t p r é s e n t e n t u n e s u r f a c e d' appui (1-7) à peu près normale à l'axe (Y-Y) de ce canal. 8. Mécanisme vis-écrou suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le canal (3) est délimité suivant 1 'axe (X-X) du mécanisme par deux surfaces d'appui (4d ~ d 5d) perpendiculaires cet axe. 9. Frein à disque comportant undisque rotatif à freiner et une garniture de freinage reliée à un mécanisme d'actionnement du type vis-écrou, caractérisé en ce que ce mécanisme (1) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8.