Brevet FR2536815A1 — publié le 19840601

La présente invention concerne un dispositif pour la transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation, du type comportant une vis et au moins un écrou, le diamètre de la vis étant inférieur à celui de l'écrou afin de ménager un espace intermédiaire entre la vis et l'écrou dans lequel sont disposés des organes de liaison mécanique, permettant la transmission des mouvements relatifs de la vis et de 1 'écrou. On connaît déjà des dispositifs de ce type dans lesquels les organes de liaison sont constitués d'une pluralité de rouleaux filetés coopérant avec les filetages de la vis et de l'écrou. La surface de contact entre les différents éléments (vis, écrous, rouleaux) relativement grande entraîne l'apparition de frottements néfastes au bon fonctionnement de ces dispositifs connus On a tenté de remédier à ce défaut majeur en disposant entre l'écrou et la vis, à la place de rouleaux filetés, une pluralité de billes sphériques de diamètre correspondant sensiblement au filetage de la vis et de l'écrou. Ce type de dispositif connu n'en présente pas moins des inconvénients. En effet, dans ces dispositifs, les billes se déplacent lors du mouvement relatif de l'écrou et de la vis, ce qui oblige à prévoir des moyens de recyclage desdites billes. La présence de ces moyens entraîne une complexité de réalisation et augmente le coût de tels dispositifs. En outre, le déplacement des billes est irrégulier du fait que certaines billes retardent parfois la translation des suivantes, provoquant l'apparition d'une accumulation des billes en un endroit alors que d'autres parties du circuit ne comportent aucune bille. Ceci a pour conséquence des irrégularités dans le mouvement relatif de la vis et de l'écrou. Ce défaut est particulidrement grave dans la mesure où les dispositifs de de type visent à obtenir un réglage précis en position et un déplacement régulier d'appareils, notamment scientifiques. La présente invention remédie à ces inconvénients et concerne un dispositif pour la transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation, de conception et réalisation simples et permettant un déplacement relatif régulier et avec un minimum de frottement de la vis et de l'écrou. A cette fin, selon l'invention, le dispositif pour la transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation, du type comportant une vis et au moins un écrou, le diamètre de la vis étant inférieur à celui de l'écrou afin de ménager un espace entre la vis et l'écrou dans lequel est disposée une pluralité de billes sphériques de diamètre correspondant aux filets de la vis et de l'écrou, lesdites billes assurant la liaison entre la vis et l'écrou afin de permettre la transmission des mouvements relatifs de ces derniers, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de pression susceptibles de maintenir lesdites billes en contact permanent avec la vis et l'écrou afin d'assurer un mouvement de roulement contrôlé de ces dernières sans efforts parasites, le dispositif permettant ainsi d'éviter de recourir à un système de recyclage desdites billes. Le dispositif selon l'invention est particulièrement simple puisqu'il ne nécessite pas de moyens de remise en circulation des billes. De plus, les billes peuvent rouler naturellement sans que leur mouvement soit perturbé par les efforts parasites engendrés par les moyens de recyclage des billes. Les moyens de pression permettent d'assurer un mouvement régulier de ces dernières. Selon un premier mode de réalisation, lesdits moyens de pression sont constitués d'une cage de guidage pourvue de lumières dans lesquelles sont disposées les billes, ladite cage étant susceptible d'autoriser le mouvement intrinsèque de chaque bille par rapport à la vis et l'écrou, de maintenir un écartement constant entre lesdites billes et d'obliger celles-ci à rester en contact avec la vis et l'écrou. Ainsi, les billes étant guidées et maintenues espacées régulièrement grâce à la cage de guidage, celles-ci se déplacent de manière identique, assurant ainsi un mouvement relatif de la vis et de l'écrou très régulier. Afin de rendre particulièrement économique la réalisation de la cage, celle-ei-est constituée d'un cylindre de révolution pourvu de lumières traversantes, alignées suivant des lignes disposées en hélice sur le cylindre. Afin de diminuer les frottements entre les billes, la vis et l'écrou ont des filets de même profondeur, mais de formes différentes. De préférence, le filetage de la vis présente en section une forme d'arc de cercle de diamètre légèrement supérieur à celui de chaque bille, tandis que le filet de l'écrou présente en section deux portions de droites inclinées et réunies par un arc de cercle de manière que chaque bille porte par un point de contact sur lesdites droites. Afin d'annuler le jeu existant et nécessaire au montage et d'assurer le contact entre chaque bille et la vis et l'écrou, les moyens de pression sont constitués, selon un second mode de réalisation, par des moyens de précontrainte de l'écrou. Ainsi, l'écrou est soumis à des forces tendant à le décaler légèrement par rapport à la vis, et de cette manière, les billes sont déplacées dans leur logement et présentent alors une surface de contact permanente et de plus quasi ponctuelle avec la vis et l'écrou. Selon un premier exemple de réalisation des moyens de précontrainte , le dispositif comporte un second écrou distinct du premier, et associé à la vis unique par un ensemble de billes distinct, un organe de tension, tel qu'un ressort, étant disposé entre les deux écrous et engendrant une force tendant à rapprocher ou écarter lesdits écrous l'un de l'autre. Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif est pourvu en outre, d'une cage unique de guidage pour les deux ensembles de billes des deux écrous. On obtient par là une simplification de réalisation. Dans une variante de réalisation des moyens de précontrainte, ceux-ci sont constitués d'un second écrou, de deux bras longitudinaux disposés dans un même plan diamétral de la vis et des écrous, et prenant appui par leurs extrémités sur chacun des premier et second écrous, tandis qu'au moins un organe de réglage, tel qu'une vis, prenant appui sur une platine solidaire desdits bras et portant par son extrémité directement ou indirectement sur ledit second écrou de -précontrainte, est prévu afin d'ajuster la force de précontrainte agissant sur ledit premier écrou par l'intermédiaire de la vis et grâce à l'élasticité des billes. De cette manière, une fois l'ensemble mis en place, apparaît une force tendant à rapprocher lesdits écrous l'un de l'autre. Dans le cas où les billes ne sont pas liees à ladite cage, elles seraient susceptibles alors de quitter de cette dernière lorsque les billes viennent à sortir de l'espace intermédaire ménagé entre la vis et l'écrou. Pour éviter cet inconvénient, soit la cage est munie d'organes de retenue, soit la longueur de la vis est supérieure à celle de-l'écrou, dont la longueur est elle-même supérieure à la distance séparant les billes extrémales disposées dans la cage. Dans cette dernière hypothèse, la longueur de l'écrou est alors prévue pour permettre le déplacement de la cage d'une longueur inférieure à celle des déplacements maximaux dudit écrou. La présente invention sera bien comprise à la lumière des dessins annexés. La figure 1 montre une vue du dispositif en coupe longitudinale. La figure 2 est une vue agrandie partielle de la figure 1 montrant la liaison entre la vis, un des écrous et une des billes. La figure 3 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation de la cage de guidage. La figure 4 est une coupe partielle agrandie d'une variante de réalisation des lumières de la cage, afin de permettre la retenue des billes dans celle-ci. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale du dispositif pourvu de moyens de contrainte. Le dispositif 1 selon l'invention montré en coupe longitudinale sur la figure 1 est composé d'une vis 2 et de deux écrous 3 et 4. Le dispositif selon l'invention est particulièrement bien adapté au réglage précis de la mise en position d'appareils, notamment d'appareils scientifiques. La vis 2, par sa rotation, entraine la translation des écrous 3 et 4 , de façon qu'un nombre appréciable de tours de la vis fasse apparaître un faible déplacement desdits écrous, sur lesquels par exemple sont fixés lesdits appareils. La vis 2 est pourvue sur une partie de sa longueur d'un filetage 5 de pas correspondant au filetage 6 des écrous 3 et 4. te diamètre intérieur desdits écrous est supérieur à celui de la vis 2 de manière à ménager un espace intermédiaire 7 dans lequel sont disposées une pluralité de billes sphériques identiques 8. Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens de pression, susceptibles de maintenir lesdites billes en contact avec le vis et l'écrou correspondant afin d'assurer un mouvement de roulement régulier de ces dernières. Suivant l'exemple de la figure 1, ces moyens de pression sont constitués d'une cage de guidage 12 par laquelles les billes sont maintenues écartées les unes des autres et sont pressées contre les filets de la vis et de l'écrou correspondant. La figure 1 montre une cage unique 12 pour les deux ensembles de billes de chacun des écrous, mais il est bien entendu que chaque écrou 3,4 peut être associé à une cage propre et indépendante de celle de l'autre écrou. Les billes 8, disposées entre la vis 2 et l'écrou 3 ou 4, dans l'espace intermédiaire 7, assurent la liaison entre la vis et l'écrou correspondant et permettent ainsi le mouvement relatif de ces derniers l'un par rapport à l'autre. Le diamètre des billes correspond (ainsi qu'on le voit sur la figure 2) aux filetages 5 et 6 respectifs de la vis 2 et de l'écrou 3. Lesdits filetages ont le meme pas, mais la forme de leurs filets est différente. Selon l'exemple des figures, chaque filet 15 du filetage 5 de la vis 2 est en forme d'ogive torique, tandis que chaque filet 16 du filetage 6 de l'écrou 3 présente en coupe longitudinale deux sections de droite 17,18 reliées par un arc de cercle 19. Le diamètre de l'ogive torique du filet 15 du filetage 5 est légèrement supérieur à celui de la bille 8. La cage 12 de guidage est constituée, suivant l'exemple de réalisation montré sur la figure 4, d'un cylindre de révolution à base circulaire, pourvu de multiples lumières traversantes 20, dans chacune desquelles est apte à se mouvoir une bille. De préférence, les lumières sont alignées suivant des courbes en hélice sur le corps du cylindre. La dimension des lumières est telle qu'elles autorisent le mouvement propre des billes, lors du mouvement relatif de la vis 2 et de l'écrou correspondant 3,4. L'étude du mouvement relatif de la vis 2 et de l'écrou 3 montre que les filets 15,16 des filetages 5 et 6 respectifs de la vis 2 et de l'écrou 3 sont légèrement décalés en translation. Il en résulte l'apparition d'un premier intervalle 21 entre la bille 8 et l'écrou, et d'un second intervalle 22 entre la vis et la bille. La valeur de ces intervalles 21,22 est très faible, de l'ordre de quelques pour cent rapporté au diamètre de la bille. Sur la figure 2, ces intervalles 21,22 ont été agrandis pour des raisons de clarté du dessin. I1 en est de même de l'espace représenté entre le bord des lumières 20 de la cage 12 et de la bille 8. Ainsi, on voit que la surface de contact réelle entre, d'une part la bille 8, et le filet 16 du filetage 6 de l'écrou se limite au point de tangence de la sphère 8 et de la droite 18, et d'autre part, la bille 8 et le filet 15 du filetage de la vis 2 se réduit au point de tangence de la bille 8 et de l'ogive torique 15 du filetage 5 de la bille. Le frottement se trouve de cette mnaière extrêmement réduit. Lors du mouvement relatif de la vis 2 et des écrous 3,4, les billes 8 guidées par la cage 12 se déplacent également. Ce mouvement de translation est susceptible de provoquer la sortie des billes hors de l'espace intermédiaire 7 à l'extrémité de l'un des écrous. En effet, selon le mode de réalisation montré sur les figures 2 et 3, les lumières 20 ont une forme telle qu'elles présentent simplement un cercle de tangence avec les billes. Ceci permet un guidage en translation longitudinale mais ne permet pas de retenir les billes lorsqu'elles ne sont pas soutenues par la vis et l'écrou. Afin d'éviter cet inconvénient ou au moins de le limiter, les écrous 3 et 4 ont une dimension linaire permettant de disposer d'une longueur suffisante entre les billes extremes de la cage 12 et les extrémités desdits écrous, compte-tenu des translations que ces derniers sont appelés à effectuer lors du fonctionnement du dispositif. Une seconde méthode vise à retenir les billes prisonnières de la cage 12 tout en autorisant leur mouvement propre. La figure 5 montre un tel exemple de réalisation. La cage 12 est constituée de deux plaques parallèles 24,25 solidaires l'une de l'autre et comportant des lumières traversantes pourvues chacune de lèvres 26 et 27 épousant la forme de la bille sur une partie de la surface de cellezei. Ainsi, la bille est maintenue dans la lumière correspondante de la cage 12 meme si ladite bille se trouve hors de l'espace intermédiaire 7 et ne porte plus contre la vis et l'écrou. Le nombre de billes disposées dans l'espace intermédiaire entre la vis 2 et les écrous correspondants est calculé de façon à permettre la transmission du mouvement et la répartition des charges appliquées sur lesdits écrous. Le dispositif selon l'invention peut également fonctionner sans cage de guidage. Il est alors cependant nécessaire de prévoir d'autres moyens de pression qui permettent d'assurer un roulement contrôlé des billes entre la vis et l'écrou correspondant. Une variante de réalisation de ces moyens de pression consiste en des moyens de précontrainte susceptibles d'engendrer une force agissant sur l'écrou de manière à plaquer les billes contre les filets de la vis et de l'écrou. Cette force permet d'obliger l'écrou à venir en position légèrement decalée par rapport à la vis. Ainsi, l'écrou a tendance à repousser les billes qui portent ainsi contre ce dernier et la vis selon une surface minimum, comme représenté sur la figure 2. Selon cet exemple, l'écrou 3 -subit une force tendant à le repousser vers le côté gauche de la figure 2. Un premier exemple de réalisation des moyens de précontrainte consiste à prévoir un ressort prenant appui sur l'écrou. Ce ressort peut s'appuyer à son autre extrémité, soit sur la vis (par l'intermédiaire d'un palier), soit sur un second écrou (4) tel que celui montré sur la figure 1. En outre, ce ressort peut être, soit un ressort de traction engendrant une force visant à rapprocher les écrous l'un de l'autre, soit un ressort de compression engendrant une force de répulsion. Un second exemple de réalisation des moyens de précontrainte, est montré sur la figure 5. Deux bras 28 et 29 disposés longitudinalement et dans un même plan diamétral de la vis et des écrous prennent appui sur le premier écrou 3 par une butée terminale à l'une des extrémités, et sur la second écrou 4 par un élément 30 en forme de U. Un organe de réglage, constitué d'une vis 31 coopérant avec une platine 32 solidaire desdits bras, prend appui par son extrémité sur ledit élément en U, portant lui-même contre le second écrou 4. Ainsi, la force d'appui engendrée par la vis 31 et l'élément 30 en U sur le second écrou 4, est transmise aux billes de ce dernier qui sont plaquées contre les filets de la vis et de l'écrou. Le premier écrou 3 est repoussé par les butées des bras 28 et 29, obligeant ainsi les billes dudit premier écrou à être plaquées contre les filets de la vis et de ce dernier. On aboutit par ce moyen au but poursuivi, à savoir obtenir un roulement des billes régulier et contrôlé. L'élasticité des billes participe à la naissance des forces de précontraintes engendrées. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour la transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation, du type comportant une vis et au moins un écrou, le diamètre de la vis étant inférieur à celui de l'écrou afin de ménager un espace entre la vis et l'écrou dans lequel est disposée une pluralité de billes sphériques de diamètre correspondant aux filets de la vis et de l'écrou, lesdites billes assurant la liaison entre la vis et l'écrou afin de permettre la transmission des mouvements relatifs de ces derniers, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de pression (12) susceptibles de maintenir lesdites billes (8) en contact permanent avec la vis (2) et l'écrou (3) afin d'assurer un mouvement de roulement contrôlé de ces dernières sans efforts parasites, le dispositif permettant ainsi d'éviter de recourir à un système de recyclage desdites billes. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de pression sont constitues d'une cage de guidage (12) pourvue de lumières (20) dans lesquelles sont disposées les billes (8) ladite cage (12) étant susceptible d'autoriser le mouvement intrinsèque de chaque bille par rapport à la vis (2) et l'écrou (3), de maintenir un écartement constant entre lesdites billes et d'obliger celles-ci à rester en contact avec la vis (2) et l'écrou (3). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cage (12) est constituée d'un cylindre de révolution pourvu de lumières traversantes, alignées suivant des lignes disposées en hélice sur le cylindre. 4.-Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vis (2) et l'écrou (3) ont des filets (5,6) de même profondeur, mais de formes différentes. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le filetage (5) de la vis (2) présente en section une forme d'arc de cercle (15) de diamètre légèrement supérieur à celui de chaque bille (8), tandis que le filet (6) de l'écrou (3) présente en section deux portions de droite inclines (17,18) et réunies par un arc de cercle (19) de manière que chaque bille (8) porte par un point de contact sur lesdites droites. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que les moyens de pression sont constitués de moyens de précontrainte de l'écrou susceptibles d'engendrer une force extérieure agissant sur ce dernier. 7.-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyèns, de précontrainte sont constitués d'un second écrou (4) distinct du premier (3) et associé à la vis unique (2) par un ensemble de billes distinct, un organe de tension, 'tel qu'un ressort, étant disposé entre les deux écrous (3,4) et engendrant une force tendant a rapprocher ou écarter lesdits écrous l'un de l'autre. 8.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de précontrainte sont composés d'un second écrou (4), de deux bras longitudinaux (28,29) disposés dans un meme plan diamétral de la vis (2) et des écrous, et prenant appui par leurs extrémités sur chacun des premier (3) et second (4) écrous, tandis qu'au moins un organe de réglage, tel qu'une vis (31) prenant appui sur une platine (32) solidaire desdits bras et portant par son extrémité directement ou indirectement sur ledit second écrou (4) de precontraintet est prévu afin d'ajuster la force.de précontrainte agissant sur ledit premier écrou (3) par l'intermédiaire de la vis (2) et grâce à l'élasticité des billes (8). 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la longueur de la vis (2) est supérieure à celle de l'écrou (3) , dont la longueur est elle-même supérieure à la distance séparant les billes extrémales (8) disposées dans la cage (12).