Brevet FR2388159A1 — publié le 19781117

La présente invention a pour objet un élément de guidage axial pour déplacement linéaire illimité par contact à billes sur un arbre comprenant un manchon extérieur de forme tubulaire, des billes étant disposées dans des chemins de circulation fermés pratiqués dans une cage de forme tubulaire situées à l'intérieur du manchon, le manchon présentant dans son alésage des secteurs assurant le contact des billes entre l'arbre et le manchon et des secteurs dégagés radialement permettant la circulation de retour des billes. On connaît les éléments de guidage à billes linéaires sous différentes appellations, telles que: roulements axiaux, roulements à déplacement linéaire illimité, douilles à billes ou à circulation de billes, paliers à billes. Ces appellations se rapportent toutes à un même procédé, soit le guidage d'un élément cylindrique par l'intermédiaire de billes sur un arbre, les billes étant recirculées dans un ou plusieurs chemins sans fin, ce qui donne une course illimitée.Ce système apporte au mouvement de translation des avantages comparables à ceux des roulements uniquement prévus pour la rotation, par exemple le coefficient de frottement, la sécurité de fonctionnement, la durée de vie. I1 existe deux sortes principales de roulements axiaux, les versions fermées et les versions ouvertes pour des déplacements sur de grandes distances; ces dernières étant prévues pour fonctionner sur un arbre supporté le long de la course de l'élément; l'ouverture angulaire longitudinale est pratiquée sur toute la longueur de l'élément et permet le passage des supports de fixation de l'arbre. D'autre part, il existe également deux systèmes de construction de roulements axiaux, le systeme dit: douille massive, dont le manchon extérieur est métallique et dlune pièce, et le système dit: douille à rail de roulement, dont le manchon extérieur est en matière plastique et comporte des rails métalliques longitudinaux qui assurent le contact de roulement. Le premier système de construction est plus rigide et plus précis, c'est à ce dernier que se rapporte l'invention. Le roulement axial est connu depuis quelques dizaines d'années. Il a subi une évolution constante et remplace aujourd'hui avantageusement d'autres formes de guidage, en l'occurence: douilles lisses, coussinets, coulisses grattées ou rectifiées, guidage à rouleaux. Toutefois, il apparait que le roulement axial est souvent pensé et construit d'une façon relativement compliquée. L'élément se composant généralement d'un manchon tubulaire extérieur, d'une cage à billes tubulaire intérieure et de moyens de liaisons de ces deux principales pièces, moyens souvent compliqués et constitués d'un trop grand nombre de pièces, d'ot des opérations supplémentaires de construction et de montage. En outre, les extrémités de l'élément ne sont pas toujours fermées d'une façon simple et nette, elles comportent souvent des interstices inesthétiques qui permettent de surcroit la pénétration dans l'élément de corps étrangers Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients et, en conséquence, de proposer un élément de guidage linéaire pouvant remplacer les dispositifs existants tout en éliminant les inconvénients cités ci-dessus, c1est-à- dire d'avoir:: - une construction simple comportant un minimum de pièces, - une grande solidité, - un prix de revient favorable, - une esthétique agréable, - une bonne précision de guidage, - la possibilité de monter des parties additionnelles aux extrémités de l'élément pour changer la lon gueur de ce dernier et le rendre opérationnel dans diverses normalisations du commerce, - la possibilité de permuter au choix les parties additionnelles choisies contre des parties faisant office également de joints d'étanchéité. L'élément selon l'invention est caractérisé en ce que la cage tubulaire intérieure comporte sur sa surface extérieure à l'endroit des chemins rectilignes de retour des billes, des bossages longitudinaux en forme de cannelures positives sur toute la longueur de la dite cage et venant se prendre avec précision dans des rainures de forme correspondante pratiquées longitudinalement dans l'alésage du manchon et servant aussi à la décharge de roulement le long du rectiligne de retour des billes, des moyens étant prévus pour arrêter longitudinalement la cage par rapport au manchon. Dans un mode de réalisation préféré, les secteurs dégagés du manchon possèdent deux surfaces planes sur les cOtés, ces surfaces étant dirigées radialement, au moins une de ces surfaces étant dirigée exactement sur le centre de l'élément et la surface extérieure de la cage coïncide exactement avec la surface intérieure du manchon. L'élément peut comporter à ses extrémités, fixées de façon amovible, des parties additionnelles qui occasionnent par leur présence ou leur absence un changement de la longueur totale de l'élément. Le dessin représente, à titre d'exemples, un mode de réalisation ainsi qu'une variante d'un élément de guidage à déplacement linéaire illimité par contact à billes sur un arbre selon l'invention. Dans le dessin: La fig. 1 représente une vue de coté partiellement en coupe d'un mode de réalisationd'un élément de guidage axial fermé avec deux parties additionnelles amovibles, la fig. 2 représente une vue frontale partiellement en coupe du mode de réalisation de la fig. 1, la fig. 3 représente une vue de côté partiellement en coupe d'une variante du mode de réalisation des fig. 1 et 2 avec deux parties additionnelles amovibles, dont une est un joint-râcleur, la fig. 4 représente une vue frontale partiellement en coupe de la variante de la fig. 3, la fig. 5 représente une vue frontale partiellement en coupe d'une des parties additionnelles, et la fig. 6 représente une vue de côté partiellement en coupe de la partie additionnelle de la fig. 5. L'élément de guidage axial pour déplacement linéaire illimité par contact à billes sur un arbre représenté dans les fig. 1 et 2 comprend un manchon tubulaire extérieur en acier trempé 1, des billes 2 étant disposées dans des chemins de circulation fermés 3 pratiqués dans une cage tubulaire 4 située à l'intérieur du manchon 1, le manchon présentant dans son alésage des secteurs rectifiés 5 formant les pistes de tramail des billes et des secteurs dégagés radialement 8 combinés avec des dégage mentç circulaires 7 permettant la circulation de retour des Waansla première tartie des courbes 6 billes.La cage tubulaire 4 est maintenue contre une rotation réciproquement au manchon 1 par une combinaison de la forme in térieure du manchon 1 qui comporte des rainures longitudinales en forme de cannelures 8 avec l'extérieur de la cage 4 comportant des bossages longitudinaux de forme correspondante 9. Le profil de ces cannelures 8 et 9 correspond exactement et c'est surtout les surfaces 10 et il qui occasionnent un arrêt polaire de la cage 4 dans le manchon 1. Les rainures en forme de cannelures 8 forment aussi et en meme temps les secteurs de dégagement des chemins rectilignes de circulation de retour des billes.De ce fait, les bosses longitudinales en forme de cannelures 9 se trouvant sur la surface cylindrique extérieure de la cage sont également situées à l'endroit angulaire du rectiligne de retour des chemins de circulation de billes de la cage. Cette solution est intéressante car elle permet de gagner de la place angulaire dans l'élément pour les chemins de circulation qui peuvent avoir des courbes 6 d'un rayon plus important et de ce fait permettre l'utilisation de billes d'un diamètre sensiblement plus grand. La cage 4 est arrêtée longitudinalement dans les deux sens dans l'axe du manchon 1 par un fil d'acier circulaire 12 noyé alternativement dans une rainure circulaire 13 pratiquée à une extrémité du manchon 1 dans son alésage et apparaissant sur les secteurs de travail 5 et dans une rainure circulaire correspondante lE pratiquée sur l'extérieur de la cage 4 en regard ae la rainure 13. Une rainure 14 est pratiquée à chacune des extrémités de la cage 4 bien qu'une seule rainure 14 soit utilisée. I1 est en effet souhaitable de pouvoir retourner le montage au cas od la rainure 13 du manchon est pratiquée à la mauvaise extrémité. Cette rainure 13 est effectuée lors de l'opération de tournage du manchon. Sa largeur correspond au diamètre du fil circulaire en acier 12, et sa profondeur correspond à la profondeur des cannelures longitudinales 8. Dans une variante non représentée, cette rainure 13 peut être d'une forme trapézoldale, les faces latérales de ce profil étant inclinées d'environ 100. Ce système a l'avantage de serrer le fil d'acier circulaire 12 sans jeu et surtout de pouvoir être pratiqué lors de l'opération de tournage du manchon par un burin de forme correspondante, celle-ci permettant à ce dernier de par la forme trapézoldale, d'être plus résistant, surtout lors d'une fabrication sur des tours automatiques. Les deux dégagements circulaires 7 pratiqués dans le manchon 1 et servant à la décharge de travail lors de la première partie des courbes des chemins de circulation de billes, étant pratiqués seulement en regard de ces courbes 6, la cage intérieure 4 et le manchon extérieur 1 ont la propriété de posséder leur profil général commun sur toute leur longueur, ce qui occasionne un emboîtement précis aux deux extrémités de l'élément augmentant la prise contre une rotation réciproque de la cage 4 et du manchon 1 et de surplus formant une fermeture à chaque extrémité de l'élément d'une façon rationnelle et esthétique. Les rainures circulaires 14 de la cage sont suffisamment profondes pour permettre au fil d'acier circulaire 12 de disparaî- tre complètement dans la cage 4 lors du montage. La prise alternative du fil d'acier 12 dans les rainures 13 et 14 est possible par la forme d'emboîtement en étoile de l'intérieur du manchon 1 et de l'extérieur de la cage 4 occasionné par les cannelures 8 et 9. Le manchon 1 est en acier trempé à une dureté d'environ 63 RC, rectifié sur ces secteurs de travail 5 et sur son diamètre extérieur. Avec la précision des billes utilisées, ce sont ces opérations qui donnent à l'élément sa qualité de guidage. On remarque que les valeurs de l'angle au centre des secteurs de travail 5 permettent l'opération de l'usinage de finition du diamètre intérieur par "honning", ce qui réduit sensiblement le coût de l'outillage de fabrication. La forme de l'alésage du manchon 1 avec ses cannelures 8 est obtenue avant la trempe par une opération de brochage, ce qui permet d'effectuer le profil général avec une bonne précision. La cage 4 est en matière plastique tel que polyamide 6; elle est fabriquée par moulage.Les billes utilisées sont en acier au chrome, leur dureté est d'environ 62 RC et leur précision de sphéricité et de diamètre est de l'ordre du micromètre. Le fil d'acier circulaire 12 est une boucle fermée sur environ 3000 formée par de l'acier à ressort de section ronde. Le montage de l'élément est aisé, ce dernier étant muni du fil d'acier circulaire 12 après le remplissage des billes 2. I1 est même possible d'essayer le fonctionnement de l'élément avant le verrouillage définitif. Le diamètre des billes varie entre le 1/5 du diamètre de l'arbre pour les petits modèles et le 1/9 du diamètre de l1ar- bre pour les grands modèles. Les éléments sont prévus depuis le diamètre d'arbre de 6 mm, jusqu'à 60 mm. Le nombre de chemins de circulation de billes est de quatre pour des éléments fonctionnant sur un arbre d'au plus de 10 mm, de cinq pour des élé sur un arbre ments fonctionnantla'au arbre 1 1 grands modèles. Dans les versions ouvertes, telles que la variante représentée dans les fig. 3 et 4, on enlève un chemin à ces nombres; en outre, les éléments de moins de quatre chemins ne sont pas fabriqués dans cette version.Ce mode de roulement pour arbre supporté le long de la course a les mêmes caractéristiques constructives et d'utilisation, dans ce cas, la cage intérieure vient coiffer radialement une partie de la section coupée 19 du manchon (Fig. 4). Mis à part ce fait, la variante des fig. 3 et 4 comprend les mêmes éléments et porte les mêmes numéros de référence que le mode de réalisation des fig. 1 et 2. Pour permettre d'utiliser les éléments du mode de réalisation des fig. 1 et 2 ou de la variante des fig. 3 et 4 dans les différentes normalisations de longueurs se trouvant sur le marché et d'en augmenter l'impact commercial, on prévoit un système de fixation adéquat de parties additionnelles amovibles 16 (fig. 1) permutables selon désir avec des joints d'étanchéité 18 (fig. 3) de forme identi que, mais présentant une lèvre souple circulaire 20. A chaque extrémité de la cage intérieure 4 se trouve des logements cylindriques 15 de faible profondeur et parallèles à l'axe de l'élément. C'est par ces logements 15 que se fixent les parties additionnelles annulaires 16 ou 18 qui comportent des pitons de fixation 17. Ces parties additionnelles sont fabriquées en ma tière plastique moulée et leurs pitons 17 s'ajustent serrés dans les logements 15 de la cage 4. De ce. fait, il est également possible d'enlever les parties additionnelles, ainsi le système est réversible et amovible. Les parties 18 (fig. 3) présentant une lèvre circulaire ont l'avantage d'effectuer un raclage de l'arbre sur lequel l'élément se déplace. REVENDICATIONS 1. Elément de guidage axial pour déplacement linéaire illimité par contact 9 billes sur un arbre comprenant un manchon extérieur de forme tubulaire, des billes étant disposées dans des chemins de circulation fermés pratiqués dans une cage de forme tubulaire située a l'intérieur du manchon, le manchon présentant dans son alésage des secteurs de travail assurant le contact des billes entre l'arbre et le manchon et des secteurs dégagés radialement permettant la circulation de retour des billes, caractérisé en ce que la cage tubulaire intérieure comporte sur sa surface extérieure a l'endroit des chemins rectilignes de retour des billes, des bossages longitudinaux en forme de cannelures positives sur toute la longueur de la dite cage et venant se prendre avec précision dans des rainures de forme correspondante pratiquées longitudinalement dans l'alésage du manchon et servant aussi a la décharge de roulement le long du rectiligne de retour des billes, des moyens étant prévus pour arrêter longitudinalement la cage par rapport au manchon. 2. Elément selon la revendiçation 1, caractérisé en ce ,ionqitudinalément, que les moyens pour arrêter la cageipar rapport au manchon comprennent un fil d'acier circulaire situé a une extrémité de l'élément et noyé alternativement dans une rainure circulaire intermittente pratiquée dans les secteurs de travail du manchon et dans une rainure circulaire intermitente correspondante pratiquée dans les bossages longitudinaux de la cage intérieure en regard de la rainure du manchon. 3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la somme des angles au centre de tous les secteurs dégagés en forme de cannelures du manchon est plus petite que la somme des angles au centre de tous les secteurs de travail rectifiés de ce manchon. 4. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secteurs dégagés du manchon possèdent deux surfaces planes sur les cotés, ces surfaces étant dirigées radialement, au moins une de ces surfaces étant dirigée exactement sur le centre de l'élément. 5. Elément selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface extérieure de la cage colncide exactement avec la surface intérieure du manchon. 6. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil intérieur du manchon et le profil extérieur de la cage sont identiques sur toute la longueur de l'élément. 7. Elément selon la revendication 2, caractérisé en usLrculaire ce que le manchon présente une rainurelintérieure à une de ses extrémités. 8. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cage à billes comporte une rainure circulaire extérieure à chacune de ses extrémités. 9, Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage à billes est en une matière plastique moulée d'une pièce. 10. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fil d'acier circulaire servant au verrouillage de la cage à billes dans le manchon est en acier à ressort de section ronde. 11. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à ses extrémités, fixées de façon amovible, des parties additionnelles qui occasionnent par leur présence ou leur absence un changement de la longueur totale de l'élément. 12. Elément selon la revendication Il, caractérisé en ce que les parties additionnelles comportent une lèvre souple circulaire en contact de l'arbre où travaille l'élément, cette lèvre faisant office de joint d'étanchéité. 13. Elément selon la revendication 11, caractérisé en ce que des moyens de fix ation amovibles des parties additionnelles viennent en prise avec la cage de l'élément. 14. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une ouverture angulaire longitudinale radiale comprise entre 400 et 800 sur toute la longueur de l'élément.