Brevet FR2456269A1 — publié le 19801205

La présente invention concerne un mécanisme à vis à billes permettant la circulation d'une suite ininterrompue de billes, dans un circuit hélicoïdal fermé, dont le tracé en plan, repré sente une ligne pratiquement droite , afin de transformer un mouve-ent de rotation en mouvement de translation et, inverse, ou on rotation différentielle. On connaît déjà différents mécanismes, notamment les écrous de vis à billes, utilisant une suite de billes circulant entre les filets de la vis et de l'écrou selon un parcours hélicoXdal puis, pour fermer le circuit, les billes sont ramenées à leur point de départ par un tube ou un canal, dont le profil est en forure de " S " . Cette réalisation qui est très délicate à ei- fectuer, est le siège de nombreux inconvénients, tels : bruit très important dd au martelage continu des billes se heurtant contre les parois courbes; freinage du train de billes dû aux chocs répétés, d'ou diminution du rendement.Réduction de la du rée de vie de ltensemble. La présente invention concerne un mécanise à vis à billes qui permet la transformation dtun mouvement de rotation en mou voient de translation, et transformation inverse ou, en rota tion différentielle. Le mécanisme selon la présente invention concerne plusieurs modes 4'applications, tels s - Vis globique à billes pour réducteur de vitesse. - Vis cylindrique à billes pour crémaillère, etc.. - Ecrou pour vis à billes. A titre d'exemples, on a décrit ci-dessous et, illustré schématiquement par les dessinq annexés, plusieurs formes de réalisation du mécanisme selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un développé du tracé hélicoïdal, respectivement, des mécanismes connus et, du mécanisme selon l'invention. Les figures 3 et 4 représentent respectivement une vis glo bique à circulation de billes pour réducteur de vitesse et, une Coupe suivant " C ". La figure 5 est une vue en coupe axiale de la vis globique représentée à la figure 3. Les figures 6 et 7 représentent respectivement une vis cyl indrique à circulation de billes, pour crémaillère et, une coupe dudit dispositif. Les figures 8 et 9 représentent respectivement un écrou à circulation de billes et, une coupe dudit dispositif. La figure 1 représente un développé en plan du tracé hélicoidal que suivent les billes selon les différents mécanismes connus. Les lignes continues 1 et 1', représentent les zones du tracé hélicoidal où les billes, calées entre les filets de la vis et de ltécrou, transmettent le mouvement de rotation. La ligne discontinue 2 représente un tracé en forme de n S ", là oh se situe, soit un tube, soit un canal taillé, pour le recyclage des billes. Pour obtenir un circuit fermé, on joint " A à " A' ".On stapercoit dès lors qu'unie suite ininterrompue de billes, lancées à grande vitesse, rencontre deux obstacles importante que sont les deux courbes à très faible rayon. C'est précisément sur les parois de ces courbes, que les billes viennent se heurter, créant de ce fait; bruits, freinage du train de billes, d'ou mauvais rendement et, usure importante. La figure 2 représente un développé on plan du tracé hélicoïdal que suivent les billes, selon le mécanisme de la présente invention. Les lignes continues 3 et X représentent la zOne du tracé hélicoïdal selon un pas à gauche, où les billes , calées entre les filets de la vis et de l'écrou, transmettent le mou semant de rotation. La ligne discontinue, reprSsente la sone du tracé hélicoïdal selon un pas à droite, où les billes circulent très librement pour le recyclage.Pour obtenir un circuit fermé, on joint n B n à n B' . Par cette construction, on remarque qu'uns suite ininterrompue de bielles peut circuler à très grande vitesse, puisqu'il n'y a plus d'obstacles La forme de réalisation du mécanisme à circulation de billes selon la présente invention et, qui est illustrée schématiquement sur les figures 3, 4 et 5, concerne un réducteur de vitesse, qui comprend essentiellement une vis globique 5, fixée micani- quement à un arbre 6, dont l'une au moins des extrémités peut être accouplée à un moteur, ou autres éléments de machine. La vis globique 5 est filetée par exemple suivant un pas à gauche, elle comporte deux orifices munis de tubes 7 et 7', qui rejoignent le filet de l'arbre 6, qui est fileté suivant un pas à droite. Le filetas extérieur de la vis 5 est rectifié pour la précision du mouvement. Le filetage de l'arbre 6, est rectifié afin de permettre un bon glissement des billes, mais avec une tolérance beaucoup plus grande pour faciliter le glissement des billes. Les billes 8, situées sur le pourtour de la vis globique 5 par l'entrainement en rotation, pénètrent par le tube 7, à l'intérieur de la vis, car elles sont poussées par les billes en charge et, glissent dans le filetage à pas inverse de l'arbre 6. Ce filetage à pas inverse est d'une valeur quelconque, pour autant qutil corresponde aux implantations des tubes 7 et 7' Selon la présente invention, ce filetage ne représentc qu'un demi pas, car les billes en charge situées sur les filets du pourtour de la vis 5 ne peuvent être implantées que sur un tour complet, ou circuit, plus une longueur de billes égale à la largeur de la roue, afin d'assurer le relai pour le filet suivant. Toujours selon la présente invention, on peut implanter deux circuits de un tour chacun. Les billes 8, poussées par les billes en charge, glissent dans le filetage à pas inverse et, ressortent par le tube 7', pour se retrouver sur les filets extérieurs de la vis 5. La vis assemblée 5 et 6, animée d'un mouvement de rotation, entraine les billes 8, agissant comme satellites, et provoque la rotation de la roue 9. On obtient de ce fait une vitesse différente sur la roue 9, par rapport à celle de la vis 5-6. Les billes 10, situées en dehors de la zône de contact de la roue 9, sont retenues par un bloc 11 venant de fonderie avec le carter. Ce bloc est usiné suivant le diamètre à fond de filet de la roue 9. Le jeu, entre les billes 10 et le bloc 11, doit être le plus réduit possible afin d'éliminer le bruit. On peut également adjoindre des plaquettes 12 en acier traité, fixées sur le bloc Il et, situées de part et d'autre de la roue 9, afin d'éviter le matage créé par les billes entrant et sortant à grande vitesse de la zOne de contact roue et vis. On peut également remplacer les plaquettes 12 par une bague 13, en acier à roulement, dont l'intérieur est rectifié de façon à se raccorder avec le rayon à fond de filet de la roue 9. La forme de réalisation du mécanisme à vis à billes, selon la présente invention, et qui est illustrée schéuiatiquement par les figures 6 et 7, concerne une crémaillère. Le mouvell,ent de translation est obtenu par la rotation de la vis cylindrique 13, qui entraine les billes sur les pistes ou filets de la cré;laillère 14 Les billes situées à l'extérieur sont retenues par un bloc-support 15. Le cheminement des billes est identiqlle à l'illustration précédente. La forme de réalisation du mécanise à vis à billes, selon la présente invention et, qui est illustrée par les iigures 8 et 9, concerne une vis à billes. Le mouvement de translation est obtenu par la rotation de la vis cylindrique 16, qui entraine les billes en tant que satellites. L'écrou 17 est fileté inCérieureeent et en accord avec la vis, tout en possédant deux tubes, dont les orifices correspondent à un filetage inverse et situé à l'extérieur dudit écrou, ce qui permet le recyclage du train de billes. L'écrou 17 est inséré à l'intérieur d'un boitier 18, représenté schématiquement par un cylindre. La vis 16, animée en rotation, entraine en translation l'ensemble 17-18. Inversement, l'ensemble 17-18 est animé en rotation et, c'est la vis 16 qui se translate. Dans les trois formes de réalisation des mécanismes à vis à billes décrits ci-dessus, et afin d'obtenir une répartition homogène des points de contact entre filets et billes, on précharge par des montages appropriés, les vis chargées de billes contre les filets des roues, crémaillères et, des vis. De cette opération, on obtient par galetage et écrouissage, la répartition rigoureuse des points de contact, ce qui permet une meilleure résistance à l'usure, une plus grande précision et, une sécurité exceptionnelle lors d'éffets dynamiques. Les billes ayant servi à cette opération qui vient d'être décrite, seront réinsérées dans les ensembles approprids, aprés que ces derniers aient été traités thermiquement. Les billes ayant servi à cette opération, sont plus dures, ont une meilleure sphéricité et, leur diamètre d'origine à diminué, ce qui, tout respecté, contribue à une très grande augmentation de la durée de vie de l'équipement. Le traitement thermique est réalisé sous vide, puis en nitruration. KEVENDI CATION 5. 19 Dispositif permettant de transformer und mouvement de rotation en mouvement de translation et inverse, ou en rotation fiffé- rentielle, par un mécanisme à vis à billes. Elément caracté risé par le fait que les billes, agissant en tant que satel lites, circulent sur un parcours hélicoXdal fermé, qui, en plan développé représente une ligne pratiquement droite. 2i Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que le mécanisme à billes est fileté extérieurement et, in térieurement, afin d'assurer le mouvement et, le recyclage des billes. 31 Dispositif selon les revendications Il et 2s, permettant à un mécanisme à billes d'entrainer une roue de réducteur de vitesse. Elément caractérisé par le fait que le mécanisme est une vis du type globique et qu'elle comporte un circuit de billes implantées sur un tour complet, plus une longueur de billes égale à la largeur de la roue, afin d'assurer le relai pour le filet suivant. Le recyclage des billes est à l'inté rieur. 4t Dispositif selon la revendication 31, caractérisé par le fait que la vis globique comporte plusieurs circuits de un tour chacun. 51 Dispositif selon les revendications Il et 2s, permettant à un mécanisme à billes de translater une crémaillère. Elément caractérisé par le iait que le mécanisme est une vis du type cylindrique et, qutelle comporte plusieurs filets de billes en charge. Le recyclage des billes est à l'intérieur. 61 Dispositif selon les revendications 19 et 2s, permettant à un mécanisme à billes d'entraîner en translation, une vis cylin drique. Elément caractérisé par le fait que le mécanisme est un écrou fileté intérieurement pour la translation et, ex térieurement, pour le recyclage. Il comporte plusieurs filets en charge. 72 Procédé de fabrication des dispositifs selon les revendica tions Il et 29, permettant d'obtenir une répartition rigou reuse des points de contact des billes dans les filets. Processus raractérisé par le fait que les mécanismes à billes sont préchargés sur les roues, crémaillères et vis, afin d'obtenir par écrouissage et galetage, une répartition homogène des points de contact. Les billes ayant servi à cette opération seront réinsérées dans les équipements, lors du montage final. 82 Procédé selon la revendication > 2, permettant d'obtenir une grande dureté sur les mécanismes à billes, roues ,vis et crémaillères. Processus caractérisé par le fait que lesdits composants sont trempés, puis nitrurés sous vide. 99 A titre de produits industriels nouveaux, les mécanismes roues, crémaillères et vis, selon les revendications 19 à 62 pris dans leur ensemble, réalisés selon les revendicafiions 79 à 8 9, séparés ou assemblés, à effet de mouvement de translation, de rotation, de réduction ou; de multiplica tion.