Brevet FR2527281A1 — publié le 19831125

L'invention concerne un roulement à billes linéaire pouvant être utilisé comme glissière porteuse, par exemple dans des machines-outils, des centres d'usi- nage, etc, ainsi que dans les robots transporteurs dont certaines pièces subissent des mouvements de glissement en va-et-vient en supportant de lourdes charges. On connaît déjà un roulement à billes linéaire, qui comprend un coulisseau monté sur un rail de guidage allongé, pour se déplacer le long de ce rail de guidage par l'intermédiaire de billes placées entre le coulisseau et le rail et retenues par une cage Cependant, ce roule- ment à billes linéaire connu a les inconvénients suivants. Tout d'abord, le roulement à billes linéaire connu, du type décrit cidessus, ne peut supporter que de faibles charges, en particulier dans les directions horizontales et radiales On peut attribuer cet incon- vénient au fait que les charges verticales agissant de Faut en bas et de bas en haut, les charges horizontales agissant dans les directions horizontales vers la gauche et vers la droite, de même que les charges radiales appliquées dans les directions radiales, ne sont suppor- tées que par des trains de billes chargées disposés de façon à se déplacer le long des côtés supérieur et infé- rieur de saillies latérales portées par les deux faces latérales du rail de guidage. Ensuite, la hauteur du coulisseau est indésira- blement accrue en raison de l'espace nécessaire sur le rail de guidage et au-dessus du rail pour les trains de billes chargées et les trains de billes non chargées, ce qui élève le niveau auquel les charges sont appli- quées sur le coulisseau Les trains de billes chargées, sur le rail de guidage, élèvent aussi le point d'appli- cation des charges du rail de guidage Cette élévation des points d'application des charges sur le rail de guidage et le coulisseau détériore la stabilité du roulement à billes linéaire. Pour stabiliser le roulement, en particulier quand le point d'application des charges sur le rail de guidage est haut, il est nécessaire d'abaisser le point d'application des charges du coulisseau, en diminuant son épaisseur verticale Cependant, cette diminution d'épaisseur s'accompagne inévitablement d'une diminution de la rigidité du coulisseau lui-même, ce qui se traduit par une plus faible aptitude à la charge, en particulier dans les directions horizontales et radiales. L'invention a donc pour but de réaliser un rou- lement à billes linéaire pouvant supporter des charges horizontales et radiales plus importantes que les roule- ments à billes linéaires connus. L'invention a aussi pour but de réaliser un roulement à billes linéaire dans lequel le point d'appli- cation des charges est abaissé, pour augmenter la stabi- lité, sans que cet abaissement soit accompagné d'une quelconque réduction sensible de la rigidité. Selon un aspect de l'invention, un roulement à billes linéaire du type décrit ci-dessus, est caracèbisé en ce qu'il comprend un coulisseau possédant deux jupes présentant sur leurs surfaces dirigées l'une vers l'autre des nervures longitudinales, le coulisseau possédant en outre des gorges de roulement des billes formées sur les deux surfaces latérales des nervures et contribuant à constituer des passages pour les billes chargées, et des alésages de passage pour billes non chargées formés sensi- blement dans la partie centrale des jupes; un rail de guidage, pourvu sur ses deux surfaces latérales d'évide- ments destinés à recevoir les nervures se trouvant sur le coulisseau, les évidements présentant, sur leurs deux parois latérales, des gorges de roulement des billes contribuant à constituer les passages destinés aux billes chargées; et des couvercles fixés aux deux extrémités du coulisseau et comportant pour le virage des billes, des gorges par lesquelles les passages destinés aux billes chargées et constitués par les gorges de roulement des billes se trouvant dans le coulisseau et dans le rail de guidage sont raccordés aux alésages de passage pour billes non chargées, de façon à permettre aux trains de billes de subir une recirculation par les passages desti- nés aux billes chargées, puis par les alésages de pas- sage pour billes non chargées. D'autres particularités et avantages de l'in- vention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples. de réalisation non limitatifs: la figure 1 est une vue en élévation frontale d'un coulisseau; la figure 2 est une vue en élévation frontale d'un rail de guidage; la figure 3 illustre le coulisseau et le rail de guidage, assemblés l'un à l'autre au moyen de billes interposées entre des surfaces de roulement portées par le coulisseau et le rail de guidage; la figure 4 est une vue en élévation arrière d'un élément d'un couvercle latéral; la figure 5 est une vue en élévation latérale droite de l'élément représenté à la figure 4; la selon la ligne la selon la ligne la d'un élément d la selon la ligne la figure 6 est une vue en coupe transversale VI-VI de la figure 4; figure 7 est une vue en coupe transversale VII-VII de la figure 4; figure 8 est une vue en élévation frontale lune cage; figure 9 est une vue en coupe verticale IX-IX de la figure 8; figure 10 est une vue en bout de l'élément de cage; _ _ la figure 11 est une vue en élévation latérale du coulisseau monté sur le rail de guidage; la figure 12 est une vue en plan du coulisseau monté sur le rail de guidage; la figure 13 est une vue en coupe verticale selon la ligne XIII-XIII de la figure 12; la figure 14 est une vue en coupe verticale selon la ligne XIV-XIV de la figure 13, montrant l'inté- rieur du coulisseau démonté du rail de guidage; et la figure 15 est une vue en coupe transversale selon la ligne XV-XV de la figure 13, illustrant la recir- culation du train de billes. Un mode de réalisation préféré de l'invention est décrit ci-après en référence aux dessins. En référence à la figure 1 d'abord, un coulis- seau affecté de la référence générale 1 se présente sous la forme d'un organe allongé ayant une section transver- sale sensiblement en U, définie par une paroi supérieure il et une paire de jupes latérales 12 a et 12 b qui s'éten- dent vers le bas depuis les deux régions latérales de la paroi supérieure 11 et définissent entre elles un évide- ment central 10 sous la paroi supérieure 11 Les jupes 12 a et 12 b présentent sur leurs côtés intérieurs, qui se font face,des nervures longitudinales ayant chacune une section transversale trapézoïdale Les nervures 13 a et 13 b sont pourvues, sur leurs deux parois latérales, de gorges de roulement de billes 14 a, 14 a' et 14 b, 14 b', chaque gorge ayant un rayon de courbure approximativement égal à la moitié du diamètre de la bille et s'étendant sur toute la longueur du coulisseau 1 Quatre gorges de roulement de billes 14 a, 14 a', 14 b, 14 b' sont disposées symétriquement par rapport à un axe horizontal X qui relie les centres des deux nervures 13 a et 13 b, et par rapport à un axe vertical passant par le centre de la paroi supérieure 11 Les centres des arcs constituant les gorges de roulement de billes sont situés sur les côtés respectifs Z d'un losange imaginaire dont les côtés Z coupent l'axe horizontal X et l'axe vertical Y selon des angles prédéterminés Des alésages de passage 15 a, 15 a' et 15 b, 15 b', destinés aux billes non chargées, sont pratiqués dans les jupes respectives 12 a et 12 b et s'étendent dans leur direction longitudinale, parallèle- ment aux gorges de roulement de billes 14 a, 14 a', 14 b, 14 b' précitées Les alésages de passage 15 a, 15 a', 15 b 15 b' sont disposés symétriquement par rapport à l'axe horizontal X et à l'axe vertical Y précités Plus parti- culièrement, les alésages pour le passage des billes non chargées 15 a, 15 a', 15 b, 15 b' sont disposés au voisi- nage immédiat de l'axe horizontal X de façon,à réduire considérablement la hauteur du coulisseau 1, ce qui, pour sa part, abaisse le point d'application des charges sur le coulisseau pour stabiliser la glissière, en particulier à l'égard des charges appliquées dans les directions horizontales ou radiales Pour assurer le déplacement onctueux des billes non chargées B 2, on a donné aux alésages pour le passage des billes non chargées 15 a, a', 15 b, 15 b', un diamètre un peu supérieur à celui des billes. Comme le montre la figure 2, un rail de guidage allongé 2, destiné à être engagé dans l'évidement central du coulisseau 1, est fixé sur une pièce mobile ou fixe d'une machine-outil ou analogue, par des moyens de fixa- tion tels que des boulons Le rail de guidage 2 présente sur ses deux côtés latéraux, des évidements 20 a et 20 b destinés à recevoir-les nervures 13 a et 13 b se trouvant sur le coulisseau 1 L'évidement 20 a présente, dans ses deux parties terminales verticales, des gorges de roule- ment de billes 21 a et 21 a' en regard des gorges de roule- ment de billes 14 a et 14 a' formées dans le coulisseau 1. De même, des gorges de roulement de billes 21 b et 21 b' formées dans les extrémités verticales de l'évidement b correspondent aux gorges de roulement de billes 14 b et 14 b' formées dans le coulisseau 1 Les surfaces de roulement de billes 21 a, 21 a', 21 b et 21 b' ont un rayon de courbure approximativement égal à la moitié du diamè- tre de la bille, et s'étendent sur toute la longueur du rail de guidage 2 Ainsi, quatre passages 3 à 6 pour billes chargées B 1 sont formés par la coopération des gorges de roulement de billes 14 a, 14 a', 14 b et 14 b' se trouvant dans lecoulisseau 1 et les gorges de roulement de billes 21 a, 21 a', 21 b et 21 b' se trouvant dans le rail de guidage 2 Comme l'angle de contact a entre les billes chargées Bl et les passages 3 à 6 pour billes chargées est choisi égal à 450 comme le montre la figure 3, le roulement peut supporter uniformément les charges verti- cales et les charges horizontales appliquées au coulis- seau 1. Comme on l'a vu plus haut, les passages 3 à 6 pour billes chargées sont formés par les gorges de roule- ment de billes 14 a, 14 a', 14 b, 14 b' formées dans le cou- lisseau 1 et par les gorges de roulement de billes 21 a, 21 a', 21 b et 21 b' formées dans le rail de guidage 2, chaque gorge se présentant sous la forme d'une gorge en arc circulaire dont le rayon de courbure est approximati- vement égal à la moitié du diamètre des billes En consé- quence, la bille chargée Bl entre en contact avec les gorges de roulement de billes en deux points m et n espacés l'un de l'autre dans la direction d'application de la charge, quand la bille est préchargée ou qu'une charge est appliquée dans différentes directions, ce qui permet aux billes de rouler sans problèmes sans appari- tion d'un quelconque glissement différentiel Quand on applique une charge importante au coulisseau 1, chaque bille avec laquelle les gorges de roulement de billes entrent en contact en deux points subit une déformation élastique pour créer des aires de contact importantes de sorte que la rigidité du roulement à billes augmente. En outre, un arrangement idéal, utilisant un angle de contact a approprié entre les billes et quatre rangées de gorges circulaires, en combinaison avec une construc- tion assurant deux points de contact aux billes, peut supprimer la déformation élastique des billes, de sorte que tout décentrage des gorges de roulement de billes susceptible de se produire pendant le montage est commo- dément absorbé à l'intérieur du roulement, de façon à assurer un mouvement linéaire sans à-coup sans rencon- trer de résistance notable. On fait circuler de nombreuses billes B, sous la forme de trains continus, à travers chacun des passa- ges 3 à 6 pour billes chargées, définis par les gorges de roulement de billes 14 a, 14 a', 14 b et 14 b' se trouvant dans le coulisseau 1 et par les gorges de roulement de billes 21 a, 21 al, 21 b et 21 b' se trouvant dans le rail de guidage 2, puis, ensuite, par chacun des alésages de passage pour billes non chargées 15 a, 15 a', 15 b, 15 b'. Dans chaque train de billes B, les billes restant dans la région chargée, c'est-à-dire dans le passage pour billes chargées, sont appelées des "billes chargées B 1 il, tandis que les billes se trouvant dans la région non chargée, c'est-à-dire dans l'alésage de passage non chargé, sont appelées "billes non chargées B 2 " 1 Ainsi, les billes B se trouvant dans les trains respectifs sont envoyées en recirculation à travers les passages 3 à 6 pour billes chargées, puis par les alésages de passage 15 a à 15 b' pour billes non chargées. Les figures 4 à 7, en combinaison, présentent des couvercles 7 et* 8 du type à éléments, destinés à être fixés à l'extrémité avant et à l'extrémité arrière du coulisseau 1 Ces couvercles 7 et 8 sont réalisés par moulage par injection ou coulée sous pression à partir d'une résine synthétique ou d'un alliage coulé sous pression La construction des couvercles 7 et 8 va être expliquée ci-après, en se référant plus parti- culièrement à l'élément 70 b situé à droite du couvercle 7 (à titre d'exemple) L'élément de droite 70 b du cou- vercle 7 possède des gorges 71 b et 71 b' en forme de U, pour le virage des billes, ces gorges ayant un fond incurvé Ces gorges 71 b et 71 b' en forme de U pour le virage des billes sont raccordées en leurs extrémités initiales aux passages 5 et 6 pour billes chargées qui sont formés entre les gorges de roulement de billes 14 b, 14 b' et 21 b, 21 b' se trouvant respectivement sur le cou- lisseau 1 et le rail de guidage 2, et, en leurs extrémi- tés terminales, aux alésages de passage pour billes non chargées 15 b et 15 b' respectivement L'élément de droite b possédant les gorges de virage de billes, en forme de U, 71 b, 71 b' coopère avec l'élément de gauche 70 a ayant une construction et une fonction similaires en ce sens qu'il relie les extrémités frontales des passages 3 à 6 pour billes chargées et les extrémités frontales des alésages de passage correspondants 15 a à 15 b' pour billes non chargées, alésages qui,-en combinaison, forment des passages continus pour la recirculation des billes. Par ailleurs, les gorges pour billes chargées 3 à 6, et les alésages pour le passage des billes non chargées 15 a à 15 b', sont reliés en leurs extrémités arrière par l'intermédiaire d'un autre couvercle 8 composé de deux segments 80 a et 80 b ayant la même cons- truction et la même fonction que les segments du premier couvercle mentionné ci-dessus 7 Quatre passages indépen- dants pour la recirculation des billes sont ainsi cons- titués par la combinaison du passage pour billes char- gées 3 et de l'alésage pour le passage 15 a des billes non chargées, la combinaison du passage pour billes chargées 4 et de l'alésage pour le passage de billes non chargées 15 a', la combinaison du passage pour billes chargées 5 et de l'alésage 15 b pour le passage des billes non chargées, et la combinaison du passage pour billes chargées 6 et de l'alésage 15 b' pour le passage des billes non chargées, respectivement. Une gorge de cage 72 b est formée de façon à avoir une profondeur prédéterminée dans l'un 70 b des éléments La gorge de cage 72 b est formée en travers des extrémités initiales des gorges en U pour le virage des billes 71 b et 71 b', mentionnées ci-dessus Des gor- ges de cage analogues sont aussi formées dans l'autre élément 70 a, du couvercle frontal 7, ainsi que dans les deux éléments 80 a et 80 b du couvercle arrière 8. Les figures 8 à 10 présentent, sous la réfé- rence 9, une cage allongée destinée à retenir et guider les billes chargées B l La cage 9 se compose d'un élément gauche 90 a et d'un élément de droite 90 b disposés en une paire Des fentes 91 a, 91 a', 91 b et 91 b' sont formées dans les éléments 90 a et 90 b de façon à s'étendre le long des deux bords latéraux de ces éléments 90 a et 90 b. Les fentes 91 a, 91 a', 91 b et 91 b' sont dimensionnées de façon à retenir les billes B Des languettes 92 a, 92 a', 92 b et 92 b', formées aux deux extrémités de ces fentes, ont pour but de recevoir les billes sortant des passages 3 à 6 pour billes chargées et de les envoyer dans les gorges en U correspondantes 71 a, 71 a', 71 b, 71 b' et 81 a, 81 a', 81 b, 81 b' pour le virage des billes, de façon à assurer un tournant sans à-coups de la trajectoire des billes entre les passages linéaires et les gorges de virage semi-circulaires Comme on le verra sur les figures 14 et 15, les deux cages 9 sont fixées aux cou- vercles 7 et 8 par leurs deux extrémités qui sont enga- gées dans les gorges de cage 72 a, 72 b, 82 a et 82 b pré- vues dans les couvercles 7 et 8. Cet arrangement est tel que, dans l'état entiè- rement monté dans lequel les cages 9 sont installées dans le coulisseau 1 et immobilisées à leurs deux extrémités par les couvercles 7 et 8, les axes des fentes 91 a, 91 a', 9 ib et 91 b' coïncident respectivement avec les axes des passages 3 à 6 pour billes chargées, comme on le voit sur la figure 13. Le fonctionnement du roulement à billes linéaire selon l'invention va être décrit ci-après par référence aux figures 11 à 15 qui, en combinaison, présentent le roulement entièrement monté Une pièce de machine, par exemple un bras de robot (non représenté) est monté sur le coulisseau 1 Quand on déplace le coulisseau 1 vers l'avant, les billes chargées Bl se déplacent vers l'arrière tout en étant serrées entre les gorges de rou- lement de billes 14 a, 14 a', 14 b et 14 b' se trouvant dans le coulisseau 1 et les gorges de roulement de billes 21 a, 21 a', 21 b et 21 b' se trouvant dans le rail de guidage 2, et guidées par la cage 9 Les billes chargées B 1 sortent alors des différents passages 3 à 6 pour billes chargées et sont reçues par les languettes 92 a, 92 a', 92 b et 92 b' en une extrémité de la cage 9 Les languettes envoient ensuite les billes dans les gorges en U pour le virage de billes 81 a, 81 a', 81 b et 81 b' se trouvant dans le couvercle 8 de façon que la trajectoire des billes passe d'une direction linéaire à une direction circulaire Les billes sont ensuite introduites dans les alésages de passage des billes non chargées 15 a, 15 a', 15 b, 15 b' se trouvant dans le coulisseau 1 pour se déplacer vers l'avant le long de ces passages, et constituent alors les billes non chargées B 2 Les billes non chargées sortant des alésages pour le passage des billes non chargées 15 a, 15 a', 15 b, 15 b', tournent pendant leur déplacement le long des gorges en U pour le virage de billes 71 a, 71 a', 71 b et 71 b' formées dans le couvercle frontal 7, puis introduites dans les passages pour billes chargées 3 à 6, pour se déplacer le long de ces derniers en constituant les billes chargées Bl Cette circulation des trains de billes se poursuit pendant le déplacement du coulisseau 1 vers l'avant Bien évidemment, les trains de billes circulent dans le sens inverse quand le coulis- seau 1 se déplace vers l'arrière. Le roulement à billes linéaire selon l'inven- tion, construit comme il est décrit ci-dessus, présente les avantages suivants: Comme deux passages pour billes chargées sont formés sur chaque côté du rail de guidage, comme il est présenté en détail sur la figure 13, le roulement à billes linéaire peut supporter une charge importante appliquée dans le sens horizontal ou radial, comme il est indiqué par les flèches. En outre, on peut réduire la hauteur H de la surface supérieure du coulisseau 1 à partir du plan G sur lequel est fixé le rail de guidage, car les passages pour billes chargées et les passages pour billes non chargées sont tous disposés de part et d'autre du rail de guidage, mais non pas au-dessus ou au-dessous de ce dernier. L'abaissement du niveau H abaisse la position du point d'application des charges, c'est-à-dire la position de la surface supérieure du coulisseau, ce qui, à son tour, contribue à améliorer la stabilité du roulement à billes linéaire L'élimination des passages pour billes chargées du côté supérieur du rail de guidage, c'est-à-dire le positionnement des passages pour billes chargées sur les côtés latéraux du rail de guidage, permet au roulement de supporter la charge sur les côtés latéraux du rail de guidage, c'est-à-dire à des niveaux relativement proches du' plan G sur lequel est fixé le rail de guidage, au contraire des paliers glissants linéaires classiques, dans lesquels la charge est appliquée à une hauteur se trouvant à une très grande distance au-dessus du plan G. Il en résulte bien évidemment qu'il est possible de réduire la hauteur du rail de guidage lui-même, pour améliorer encore plus, et avantageusement, la stabilité du roulement à billes linéaire. De plus, la rigidité du coulisseau 1 augmente car on peut augmenter l'épaisseur T de la partie supé- rieure pleine du coulisseau 1, grâce à l'élimination des passages pour billes chargées et des passages pour billes non chargées du côté supérieur du rail de guidage La rigidité accrue du coulisseau supprime une déformation indésirable vers l'extérieur, ou une couverture des jupes, qui se produit souvent avec les roulements à billes linéaires connus ayant une rigidité insuffisante du cou- lisseau quand une charge importante est appliquée sur le côté supérieur du coulisseau, ce qui, en conséquence, assure un roulement et un déplacement sûrs et onctueux des billes et du coulisseau. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention En particulier, la description fait référence à une certaine orientation du montage, mais bien entendu, le coulisseau pourrait s'ouvrir vers le haut ou latéralement, les autres pièces étant alors orientées en correspondance De même, le coulisseau peut être attaché à une pièce fixe et le rail à une pièce mobile, ou inversement, à moins que le coulisseau et le rail soient attachés à des pièces se déplaçant à des vitesses différentes. REVENDICATIONS 1 Roulement à billes linéaire, caractérisé en ce qu'il comprend un coulisseau ( 1) possédant deux jupes ( 12 a, 12 b) présentant sur leurs surfaces dirigées l'une vers l'autre des nervures longitudinales ( 13 a, 13 b), ce coulisseau possédant en outre des gorges de roulement de billes ( 14 a, 14 b, 14 a', 14 b') formées dans les deux surfaces latérales des nervures et contribuant à consti- tuer des passages ( 5) pour billes chargées, et des alésa- ges de passage ( 15 a, 15 b) pour billes non chargées corres- pondant aux passages pour billes chargées et formés sen- siblement dans la partie centrale de chaque jupe; un rail de guidage ( 2) pourvu sur chacune de ses surfaces latéra- les d'évidements ( 20 a, 20 b) destinés à recevoir les ner- vures se trouvant sur le coulisseau, ces évidements pré- sentant, sur leurs deux parois latérales, des gorges de roulement de billes ( 21 a, 21 b, 21 a', 21 b') contribuant à constituer lesdits passages pour billes chargées; et des couvercles ( 8) fixés aux deux extrémités dui coulis- seau et comportant pour le virage des billes des gorges ( 71 a, 71 a', 71 b, 71 b'; 81 a, 81 a', 81 b, 81 b') par les- quelles les passages pour billes chargées, constitués par les gorges de roulement de billes se trouvant dans le coulisseau et dans le rail de guidage, sont reliés aux alésages de passage correspondants pour billes non chargées, permettant ainsi à des trains de billes de circuler par ces passages pour billes chargées puis par ces alésages de passage pour billes non chargées. 2 Roulement à billes linéaire selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des cages 9 disposées entre le coulisseau ( 1) et le rail de guidage ( 2) et pourvues de fentes ( 91 a, 91 a', 91 b, 91 b') pour retenir et guider les billes chargées (B 1) se déplaçant le long des passages pour billes chargées ( 3 à 6). 3 Roulement à billes linéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle de contact (a) entre la bille chargée (B 1) et les surfaces des pas- sages pour billes chargées constitués par les gorges de roulement de billes ( 14 a à 14 b',21 a à 21 b') portées par le coulisseau ( 1) et le rail de guidage ( 2), est sensi- blement de 450. 4 Roulement à billes linéaire selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les gorges de roulement de billes ( 14 a à 14 b', 21 a à 21 b') portées par le coulisseau ( 1) et le rail de gui- dage, destinées à constituer les passages ( 3 à 6) pour billes chargées, sont constituées de gorges en arc circulaire ayant un rayon de courbure approximativement égal à la moitié du diamètre des billes - Roulement à billes linéaire selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que des languettes ( 92 a, 92 a', 92 b et 92 b') sont formées aux deux extrémités des fentes que présente chacune des cages.