Brevet FR2540201A1 — publié le 19840803

La présente invention se rapporte à un palier cannelé à billes conçu pour être utilisé pour porter une charge qui se déplace dans la direction axiale et/ou dans la direction de rotation. Comme le montrent les Fig 14 et 15 qui représentent l'art antérieur, un palier cannelé à billes classique,caracté- ristique de la technique antérieure, comprend un manchon exté- rieur 100, un arbre cannelé 101 et un organe de retenue des billes ou cage 102 interposé entre le manchon extérieur 100 et l'arbre cannelé 101 La cage 102 de retenue des billes comporte une série de fentes axiales 103 qui reçoivent un grand nombre de billes de transmission de couple chargées 104 conçues pour rouler le long de ces fentes 103 Dans ce palier cannelé à billes classique, l'angle e suivant lequel chaque bille 104 est en contact avec les rainures 105 et 106 de guidage des billes chargées formées respectivement dans le manchon extérieur 100 et dans l'arbre cannelé 101, c'est- à-dire l'angle formé entre une ligne X-X qui joint entre eux le centre O du manchon extérieur et le centre O' de la bille et une ligne Y-Y qui joint entre eux les points de contact Pl et P 2 de la bille avec les rainures 105 et 106 de guidage des billes chargées est d'environ 30 , de sorte que la capa- cité de support de charge ou la capacité de transmission de couple du palier cannelé à billes est limitée d'une manière indésirable En outre, la nécessité d'avoir à utiliser une cage 102 de retenue des billes disposée entre le manchon ex- térieur 100 et l'arbre cannelé 101 accroit indésirablement le nombre des pièces ce qui accroît les coûts de production du palier cannelé à billes et complique indésirablement son processus d'assemblage. Dans ces conditions, la présente invention vise à évi- ter les problèmes ci-dessus mentionnés de la technique anté- rieure. Par conséquent, l'un des principaux buts de la présente invention est de réaliser un palier cannelé à billes dans le- quel la cage de retenue des billes,indispensable dans le pa- lier cannelé à billes classique, est omise pour accroître la capacité de support de charge ou la capacité de transmission de couple tout en réduisant les coûts de production et en simplifiant le processus d'assemblage du palier cannelé à billes. A cette fin, conformément à l'invention, il est prévu un palier cannelé à billes qui comprend: un manchon exté- rieur dans la surface périphérique intérieure duquel sont formées plusieurs rainures de guidage des billes de support de charge à un pas circonférentiel prédéterminé de façon à s'étendre dans la direction axiale dudit manchon et dans la partie pleine duquel sont formées plusieurs passages pour les billes non chargées à un pas circonférentiel prédétermi- né de façon à s'étendre dans la direction axiale dudit man- chon; un arbre cannelé reçu dans l'alésage du manchon exté- rieur et dans la surface extérieure duquel sont formées plu- sieurs rainures de guidage des billes de support de charge, les rainures de guidage des billes-de support de charge for- mées dans le manchon extérieur et les rainures de guidage des billes de support de charge formées dans l'arbre cannelé étant disposées face à face pour former entre elles des pas- sages pour les billes de support de charge; deux couvercles latéraux fixés aux deux extrémités ouvertes du manchon exté- rieur, chacun des couvercles latéraux comportant dans sa sur- face intérieure plusieurs rainures de changement de direc- tion des billes qui relient entre eux les passages pour les billes de support de charge et les passages pour les billes non chargées correspondants de sorte que le manchon extérieur, l'arbre cannelé et les couvercles latéraux forment, en com- binaison, plusieurs passages de recirculation des billes; et plusieurs trains de billes dont chacun est composé d'un grand nombre de billes et qui sont chargés dans les passages de recirculation de billes correspondants. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels: la Fig la est une vue de face en élévation d'un palier cannelé à billes mettant en oeuvre l'invention et dont l'un 25402 È I des couvercles latéraux a été enlevé; la Fig lb est une vue à plus grande échelle d'une par- tie du palier cannelé à billes représenté sur la Fig la; la Fig 2 est une vue en coupe longitudinale verticale du palier cannelé à billes,prise suivant son axe longitudinal, l'arbre cannelé ayant été retiré afin de rendre plus claire la représentation; la Fig 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne III-III de la Fig 10; la Fig 4 est une vue de face en élévation d'un manchon extérieur; la Fig 5 est une vue en coupe longitudinale verticale du manchon extérieur, prise suivant son axe longitudinal; la Fig 6 est une vue en coupe, prise suivant la ligne VI-VI de la Fig 4; la Fig 7 est une vue de face en-élévation d'un arbre cannelé; la Fig 8 est une vue en élévation latérale de l'arbre cannelé; la Fig 9 est une vue-de face en élévation d'un cou- vercle latéral qui montre l'aspect extérieur de ce dernier; la Fig 10 est une vue arrière en élévation du couver- cle latéral,montrant la forme intérieure de ce dernier; la Fig 11 est une vue en coupe,prise suivant la ligne XI-XI de la Fig 9; la Fig 12 est une vue en coupe,prise suivant la ligne XII-XII de la Fig 10; la Fig 13 est une vue en coupe,prise suivant la ligne XIII-XIII de la Fig 10; et les Fig 14 et 15 sont des représentations schématiques d'un palier cannelé à billes classique. On décrira ci-après un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant aux dessins annexés. Un palier cannelé à billes selon l'invention comprend essentiellement un manchon extérieur 1, un arbre cannelé 2 reçu dans là manchon extérieur 1, des couvercles latéraux 3 fixés aux deux extrémités ouvertes du manchon extérieur 1 et des trains de billes 4, chacun composé d'un grand nombre de billes conçues pour pouvoir circuler dans les deux sens dans les passages formés par la coopération entre le manchon exté- rieur 1 et l'arbre cannelé 2 D'une manière plus détaillée, et comme représenté sur les Fig 1 à 6, le manchon extérieur 1 est constitué par un organe général cylindrique en une ma- tière durcissable par trempe et il est muni sur sa surface périphérique intérieure de trois plages de séparation axiales formées à des intervalles de 1200 Des rainures semi- circulaires 11, 11 de guida 4 gedes billes chargées sont formées dans la surface périphérique intérieure du manchon extérieur 1, de part et d'autre de chaque plage de séparation 10, symé- triquement par rapport à la ligne radiale qui passe par le centre de la plage de séparation 10 Par conséquent, trois paires de rainures, c'est-àdire au total 6 (six)rainures 11 de guidage des billes chargées s'étendant axialement sont formées dans la surface périphérique intérieure du manchon extérieur 1 La section transversale de chaque rainure 11 de guidage des billes chargées a une courbure qui est choisie de manière à être plus grande que la courbure de la surface des billes Grâce à un tel agencement, la zone de contact entre les billes chargée et la surface de la rainure qui ré- sulte de la déformation élastique de la surface de la bille et de la surface de la rainure est accrue pour réduire la charge qui doit être portée par unité de surface de sorte que la capacité globale de support de charge du palier canne- ___ I 4 b Tils est avantageusement accrue. Le manchon extérieur 1 comporte 6 (six) passages 12 pour les billes non chargées qui sont formés dans sa partie pleine de façon à s'étendre axialement à un pas circonféren- tiel prédéterminé Pour faciliter le roulement des billes, chacun des passages pour les billes non chargées a un dia- mètre légèrement supérieur au diamètre des billes Les pas- sages 12 pour les billes non chargées sont situés de part et d'autre de chaque plage de séparation 10 sur les cÈtés exté- rieurs des rainures de guidage des billes de support de charge,symétriquement par rapport à la plage de séparation 10. On expliquera ci-après,en se référant spécifiquement à la Fig 1, la manière suivant laquelle les passages 11, 21 pour les billes de support de charge et les passages 12 pour les billes non chargées se correspondent Pour simplifier l'explication, on se référera, à titre d'exemple, à l'une des plages de séparation 10 qui est disposée dans la partie cen- trale supérieure du manchon 10 tel que ce dernier a été re- présenté sur la Fig 1 La rainure 111 de guidage des billes de supports de charge située du côté gauche de la plage 10 et le passage 121 pour les billes non chargées situé du côté gauche de cette plage constituent, en combinaison, un passage de circulation des billes complet De la même manière, la rai- nure 112 de guidage des billes de support de charge et le pas- sage 122 pour les billes non chargées situés du côté droit de la plage de séparation 10 constituent, en combinaison, un autre passage de circulation des billes. D'autre part, les relations de position suivantes existent entre les centres 01 et 2 de la rainure 11 de gui- dage des billes de support de charge et du passage 12 pour les billes non chargées et le centre O du manchon extérieur 1. Si l'on représente les distances radiales entre les centres 1 et 2 et le centre O du manchon extérieur 1 respectivement par r 1 et par r 2, ces distances radiales ou rayons sont choi- sis de façon à répondre à la condition r 1 R(R=r 2-r 1) entre ces rayons est choisie de façon à être infé- rieure au diamètre des billes, de sorte que le passage 12 pour les billes non chargées peut être situé à un emplacement qui est relativement proche du centre O du manchon extérieur 1 par rapport à la position de la rainure 11 de guidage des billes de support de charge Par conséquent, l'influence de la force centrifuge sur les billes 42 qui se trouvent dans le passage 12 pour les billes non chargées lors de la rotation du manchon extérieur 1 peut être avantageusement réduite de façon à assu- rer un déplacement sans à-coup des billes. Comme représenté sur les Fig 1, 7 et 8, l'arbre cannelé 2 qui a une section transversale àpeu près circulaire et qui est reçu dans l'alésage du manchon extérieur 1 a une configu- ration périphérique extérieure qui correspond à la configura- tion périphérique intérieure du manchon extérieur 1 En d'autres termes, l'arbre cannelé 2 est muni sur sa surface périphérique extérieure de plages de séparation 20 qui cor- respondent aux plages 10 formées sur le manchon extérieur 1 et qui sont formées à un pas circonférentiel constant qui, dans le présent cas,est de 1200 Des rainures 21, 21 de gui- dage des billes de support de charge,qui ont toutes une sec- tion transversale semi-circulaire,sont formées de part et d'autre de chaque plage de séparation 20,symétriquement par rapport à la ligne radiale qui passe par le centre de la plage de séparation 20 Ainsi, dans le mode de réalisation décrit, trois paires de rainures, c'est-à-dire 6 (six) rai- nures 21 de guidage des billes de support de charge sont for- mées dans la surface périphérique de l'arbre cannelé 2 de ma- nière à s'étendre dans la direction axiale de ce dernier Ain- si, les rainures 11 de guidage des billes de support de charge formées dans le manchon extérieur 1 et les rainures correspondantes 12 de guidage des billes de support de charge formées dans l'arbre cannelé 2 forment, en combinaison, 6 (six) passages pour les billes de support de charge La rai- nure 21 de guidage des billes de support de charge formée dans l'arbre cannelé 2 a une courbure supérieure à la cour- bure de la bille 4 comme ceci est le cas de la rainure 11 de guidage des billes de support de charge formée dans le manchon extérieur 1. Les passages pour les billes de support de charge dont chacun est constitué par une paire de rainures 11 et 21 de guidage des billes de support de charge sont remplis de trains respectifs de billes 4, sont fabriquées en acier. Dans le palier cannelé à billes de la présente invention, chacune des rainures 11 et 21 de guidage des billes de sup- port de charge peut avoir une profondeur suffisamment grande, par exemple égale à environ la moitié du diamètre des billes, comme représenté sur la Fig 1 Par conséquent, il est pos- sible d'obtenir une grande valeur, par exemple, d'environ 450 de l'angle de contact précité e entre la bille 4 et les rainures 11 et 21 de guidage des billes de support de charge. Les couvercles latéraux avant et arrière 3, 3,qui forment une paire,sont fixés aux deux extrémités axiales ouvertes du manchon extérieur 1 Ces couvercles latéraux 3 sont fabriqués par moulage d'une résine synthétique ou par coulée de préci- sion ou encore par moulage en coquille Comme représenté sur les Fig 1 à 3 et sur les Fig 9 à 13, chaque couvercle laté- ral 3 est muni dans sa surface intérieure de plusieurs rai- nures 30 de changement de direction des billes qui relient les extrémités des passages pour les billes de support de charge,dont chacun est constitué par une paire de rainures 11, 21,aux extrémités des passages correspondants 12 pour les billes non chargées Ainsi, les billes qui sortent des pas- sages 11, 21 pour les billes de support de charge sont con- traintes de changer de direction lorsqu'elles roulent le long des rainures 30 de changement de direction des billes et sont ensuite introduites dans les passages 12 pour les billes non chargées De la même manière, à l'autre extrémité du manchon extérieur 1, les rainures 30 de changement de di- rection des billes servent à guider les billes depuis les passages 12 pour les billes non chargées jusqu'aux passages 11, 21 pour les billes de support de charge La référence 31 désigne des languettes qui sont formées aux extrémités des rainures 30 de changement de direction des billes au voisi- nage des passages 11, 21 pour les billes de support de charge. Ces languettes 31 servent à recueillir les billes qui sortent des rainures 11, 21 de guidage des billes de support de charge et à les diriger sans à-coup dans les rainures 30 de changement de direction et sans risque de défaillance. Le palier cannelé à billes de l'invention ayant la cons- truction décrite fonctionne de la manière que l'on décrira ci-après Lorsque le manchon extérieur 1 oul'arbre cannelé 2 est déplacé axialement tout en étant entraîné en rotation, les billes chargées 4 qui servent d'éléments de transmission de couple se déplacent dans la direction axiale du manchon extérieur 1 tout en établissant un contact de roulement par- fait avec les passages 11, 21 de guidage des billes de support de charge Les billes 4 sont successivement recueillies et guidées par les languettes 31 formées sur les couvercles la- téraux 3 et introduites dans les rainures 30 de changement de direction des billes respectives Ainsi, les billes 4 de support de charge qui se déplacent linéairement sont déchar- gées et changent de direction pendant qu'elles roulent le long des rainures 30 de changement de direction des billes et elles sont ensuite introduites dans les passages 12 pour les billes non chargées Les billes 4 non chargées qui roulent dans les passages 12 pour les billes non chargées changent ensuite de direction sous l'action des rainures 30 de changement de direction des billes,à l'autre extrémité du manchon extérieur 1,et elles sont remises en circulation dans les passages 11, 21 pour les billes de support de charge. Ainsi, les billes 4 circulent de manière répétée en trains dans les passages 11, 21 pour les billes de support de charge et dans les passages 12 pour les billes non chargées On peut voir que chaque bille sert de bille de support de charge lors- qu'elle roule le long du passage 11, 21 pour les billes de support de charge et se comporte comme une bille non chargée lorsqu'elle roule le long du passage 12 pour les billes non chargées. Comme on le comprendra à la lecture de la description qui précède, le palier cannelé à billes selon la présente invention ne comporte pas la cage à billes qui est un élé- ment essentiel du palier cannelé à billes classique Dans le palier cannelé à billes de l'invention, les rainures de gui- dage des billes de support de charge qui sont formées dans la surface périphérique intérieure du manchon extérieur et les rainures de guidage des billes de support de charge qui sont formées dans la surface périphérique extérieure de l'arbre cannelé sont agencées de façon à être disposées di- rectement face à face pour former entre elles des passages pour les billes de support de charge Avec cet agencement, il est possible de donner une grande profondeur à chacune des rainures de guidage des billes de support de charge en vis à vis et, par conséquentde donner à l'angle de contact entre les billes et les surfaces des rainures de guidage des billes de support de charge une valeur importante d'en- viron 450, de sorte que la capacité de support de charge ou la capacité de transmission de couple du palier cannelé à billes est accrue de manière importante. Par conséquent, conformément à la présente invention, il est possible de réduire le diamètre du manchon extérieur et celui de l'arbre annelé sans que cette réduction soit accompagnée d'une quelconque diminution de la capacité de support de charge ni de la capacité de transmission de couple. On comprendra facilement que la présente invention four- nit ainsi un palier cannelé à billes compact ayant une capa- cité de support de charge ou une capacité de transmission de couple suffisamment élevée Un tel palier cannelé à billes compact, lorsqu'il est utilisé dans une partie rotative d'un robot industriel permet de concevoir et de construire un robot de petite taille ayant une grande puissance de sortie. En outre, la suppression de la cage de retenue des billes réduit la nombre des pièces du paliercannelé à billesce qui non seulement abaisse les coûts de production mais facilite également l'assemblage du palier cannelé à billes ce qui con- tribue également à réduire les coûts de production La sup- pression de la cage de retenue des billes offre un autre avan- tage qui réside en ce que, du fait que le poids du palier can- nelé à billes, dans son ensemble, est réduit, la force d'iner- tie est diminuée lorsque le manchon extérieur ou l'arbre can- nelé est brusquement déplacé ou arrêté pendant le fonctionne- ment à grande vitesse de la machine dans laquelle le palier cannelé à billes est monté Ainsi, le palier cannelé à billes de l'invention convient pour être utilisé dans des machines qui doivent fonctionner à grande vitesse. Bien qu'on ait décrit l'invention en se référant à un mode de réalisation spécifique, il est bien entendu que le mode de réalisation décrit n'a été donné qu'à titre d'illus- tration et que l'on peut y apporterde nombreux changements et modifications sans sortir du cadre de l'invention qui n'est limitée que dans la mesure définie par les revendica- tions. REVENDICATIONS 1 Un palier cannelé à billes qui comprend: un manchon exté- rieur ( 1) dans la surface périphérique intérieure duquel sont formées plusieurs rainures ( 11) de guidage des billes de sup- port de charge ( 41) à un pas circonférentiel prédéterminé de façon à s'étendre dans la direction axiale dudit manchon et dans la partie pleine duquel sont formées plusieurs passages ( 12) pour les billes non chargées ( 42) à un pas circonféren- tiel prédéterminé de façon à s'étendre dans la direction axiale dudit manchon; un arbre cannelé ( 2) reçu dans l'alé- sage du manchon extérieur et dans la surface extérieure du- quel sont formées plusieurs rainures ( 21) de guidage des billes de support de charge, les rainures de guidage des billes de support de charge formées dans le manchon extérieur et les rainures de guidage des billes de support de charge formées dans l'arbre cannelé étant disposées face à face pour former entre elles des passages ( 11, 21) pour les billes de support de charge; deux couvercles latéraux ( 3) fixés aux deux extrémités ouvertes du manchon extérieur ( 1), chacun des couvercles latéraux comportant dans sa surface intérieure plusieurs rainures ( 30) de changement de direction des billes qui relient entre eux les passages pour les billes de support de charge et les passages pour les billes non chargées corres- pondants de sorte que le manchon extérieur, l'arbre cannelé et les couvercles latéraux forment, en combinaison, plusieurs passages de recirculation des billes; et plusieurs trains de billes ( 4) dont chacun est composé d'un grand nombre de billes et qui sont chargés dans les passages de recirculation de billes correspondants. 2 Palier cannelé à billes selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'angle de contact (e) entre la surface de la bille ( 41) de support de charge et les surfaces des rai- nures ( 11, 21) de guidage des billes de support de charge est choisi égal à environ 45 , 3 Palier cannelé à billes selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacune des rainures ( 30) de changement de direction des billes formées dans chacun des couvercles ( 3) estmunie d'une languette ( 31) à sa première extrémité.