Brevet FR2559859A1 — publié le 19850823

La présente invention concerne ce qu'on appelle une structure à patin de roulement qui assure un guidage en ligne droite de parties de machine, par exemple de coulis- seaux, de tables, etc., se déplaçant l'un sur l'autre. La construction conforme à la présente invention présente des avantages essentiels par rapport aux constructions connues en ce qui concerne la fabrication et la durée de service. Les avantages sont exclusivement dûs à la construction conforme à la présente invention qui diffère de toutes les structures de patins de roulement connues et brevetées. Une partie des brevets concernant des construc- tions de patins de roulement, par exemple les brevets US no 3 111 350, 3 955 513, les brevets DE- n 2 239 782, n 2 416 198, n0 2 123 529, le brevet CH- n 572 168 et le brevet GB- n 1 407 387, se rapportent à la disposition d'organes d'espacement entre les rouleaux tandis que d'autres brevets proposent des solutions pour la forme des rainures ménagées dans le corps principal ainsi que pour le procédé de blocage des guides extrêmes. Les brevets US n" 3 920 289, n0 3 915 513 et les brevets DE n0 2 116 322, n0 2 421 328, n 2 202 085 rentrent dans la catégorie mentionnée en dernier. Il existe des brevets se rapportant à des structures de patins de roulement qui sont basés sur la formation de surfaces porteuses de charges et sur la réduction des forces dynamiques se produisant sur des bords d'entrée et de sortie par réalisation de chanfreins. A cet égard on peut citer les brevets US ne 3 977 736, CH n 594 148, GB ne 1 380 221 et DE 2 121 847. Les brevets britanniques n 1 472 287 et 1 474 051 se rapportent à des constructions entièrement différentes de l'objet de la présente demande de brevet. La structure du patin de roulement décrit dans le brevet HU n 178 294 diffère également essentiellement de la solution de la présente demande de brevet. D'une part elle fait intervenir plusieurs composants compliqués qui ne participent pas directement à l'opération principale et qui peuvent être fabriqués de façon co teuse et d'autre part la liaison de composants compliqués et articulés nécessite un ensemble d'éléments de jonction qui sont superflus et qui constituent la source d'imprécisions de réglage. L'agencement du corps principal, qui est défini comme un avantage dans le brevet cité en dernier et suivant lequel la surface porteuse de charge est placée dans un même plan avec d'autres surfaces du corps principal contenant différentes rainures et trous, est expressément désavantageux par le fait que, pendant l'usinage desdites surfaces par rectification plane, on enregistre une forte ondulation de surface qui a pour origine la ligne de trous car ceux-ci ont une influence sur la régulation de la meule. Le processus de rodage assure exclusivement la diminution ou l'élimination de cette ondulation de surface et de ce fait il n'a pas d'influence sur les caractéristi- ques de durée de service et de précision du patin de roule- ment. Le fini superficiel déterminant la durée de service et créé par une rectification plane de grande précision est assuré non pas par le rodage mais par l'effet d"uniformisation " des éléments de roulement. La construction conforme à l'invention est basée sur le principe que, en ce qui concerne l'exécution des fonctions principales, c'est-à-dire la transmission de charge et de puissance, la structure de patin de roulement comporte deux composants importants, à savoir le corps principal et les rouleaux. Le nombre de composants utilisés pour remplir des fonctions auxiliaires est réduit au minimum et leurs structures permettent de satisfaire aux impératifs d'une production en série avantageuse, avec une grande précision. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de dessous de la structure de patin de roulement conforme à l'invention, montrant sa surface de travail, la figure 2 est une vue latérale de la structure de la fig. 1, la figure 3 est une vue en plan de la structure de la fig. 1, c'est-à-dire une vue de sa surface associée à un dispo- sitif à guider en ligne droite, la figure 4 est une vue de l'extrémité de la structure de la fig. 1, faite dans la direction d'avancement, la figure 5 est une vue en coupe faite suivant la ligne I-I de la fig. 2, la figure 6 est une vue en coupe faite suivant la ligne II-II de la fig. 2, la figure 7 est une vue en coupe longitudinale verticale faite suivant la ligne III-III des figures 3, 4, 5 et 6, la figure 8 est une vue en coupe longitudinale verticale faite dans un plan médiateur correspondant à la ligne IV-IV des figures 3, 4, 5 et 6, la figure 9 est une vue en coupe transversale du corps principal d'une structure de patin de roulement, la figure 10 est une vue à échelle agrandie du détail B de la fig. 6, montrant les relations structurales entre le corps principal, les éléments de roulement en retour dans celui-ci, et un support, la figure 11 est une vue à échelle agrandie du détail A de la figure 6, montrant les relations structurales entre le corps prindpal, les éléments de roulement se déplaçant sur la surface porteuse de charge et un guide latéral, la figure 12 est une vue à échelle agrandie du détail C de la figure 8 montrant les relations structurales entre des éléments roulants placés sur la surface porteuse de charge du corps principal et un élément rapporté incurvé qui est profilé de façon à constituer une voie de retour des élé- ments de roulement, la figure 13 est une vue en coupe longitudinale partielle horizontale faite suivant la ligne V-V de la fig. 2, la figure 14 représente un mode de réalisation de la structure de patin de roulement conforme à l'invention, avec retour complètement hermétique des rouleaux. Comme indiqué sur les figures, les composants principaux de la structure de patin de roulement sont un corps principal 1, des éléments de roulement 5 ainsi qu'un guide latéral 2. La sortie, l'entrée et le retour des éléments de roulement sont assurés par des guides extrêmes 6 et des éléments rapportés incurvés 4. Des éléments rapportés de retenue 3 peuvent empêcher des éléments de roulement 5 maintenus dans des rainures de guidage formées par des surfaces d-m2 du corps principal 1 de tomber du patin de roulement terminé de montage mais non en condition d'utili- sation. Sur le côté j opposé à la surface de travail, la même fonction est remplie par des nervures de retenue n1 des guides latéraux 2, qui maintiennent les éléments de roulement 5 dans une voie formée par des surfaces de guidage m1 des guides latéraux 2 et par une surface porteuse de charge b du corps principal 1. Des tampons 7 obturent les trous ménagés dans les guides extrêmes 6 pour laisser passer du lubrifiant. Des éléments rapportés de raclage 8, bloqués dans les guides extrêmes 6, assurent un nettoyage de la surface de roulement du rail de guidage f et empêchent des matières polluantes de pénétrer dans la partie intérieure du patin de roulement. Les guides extrêmes 6 sont fixés sur le corps principal 1 par des vis 9. La fixation du patin de roulement sur la surface de blocage e d'une partie mobile de machine peut être effec- tuée soit par des boulons mécaniques 10 traversant le corps principal 1 et vissés dans la partie mobile de machine soit par des boulons mécaniques disposés dans la partie mobile de machine et vissés dans un filetage M ménagé dans le corps principal 1. La vue en coupe du corps principal 1 ( fig. 9) montre toutes les surfaces et configurations de surfaces jouant un rôle particulier à la fois dans la disposition de certains composants du patin de roulement et dans son fonctionnement; en même temps ces configurations de surfaces mettent en évidence la nouveauté absolue du patin de roulement conforme à l'invention par rapport à toutes les constructions connues. La surface de blocage a, qui constitue la surface d'absorption de charge statique du corps principal 1, est reliée à la surface de blocage e d'une partie mobile de machine par le fait que les têtes des boulons mécaniques qui viennent s'appuyer contre la face portante c bloquent le corps principal 1 directement sur la partie mobile de machine par l'intermédiaire des trous ú de passage de boulons mécaniques. Le blocage relatif de la surface d'absorption de charge b et de la surface de blocage e l'une contre l'autre sans déplacement et sans utilisation des boulons mécaniques 10 peut être réalisé également par vissage de boulons mécaniques disposés dans la partie mobile de machine dans des filetages M ménagés dans le corps principal 1. Les guides latéraux 2 sont reliés au corps principal 1 de façon continue sans aucun élément de jonction mais avec conjugaison de formes par l'intermédiaire de rainures de blocage z1 de section trapézoXdale. Les éléments rapportés de retenue 3 sont égale- ment reliés au corps principal 1 de façon continue sans aucun élément de liaison mais avec conjugaison de formes par l'intermédiaire de rainures de blocage z2 de section trapézoïdale. Les éléments de roulement 5 non chargés sont soumis à un renvoi par l'intermédiaire des guides extremes 6 dans une rainure de retour formée par des surfaces latéra- les m2 et une surface inférieure d du corps principal 1 afin de parvenir dans une rainure d'absorption de charge formée par une surface d'absorption de charge d et des surfaces de guidage m1 des guides latéraux 2. La surface d'absorption de charge b est formée dans le corps principal 1 à partir du côté de la structure de patin de roulement et elle constitue ce qu'on appelle le plan de roulement intérieur. Le plan de la surface d'absorption de charge b dans le corps principal 1 est décalé d'une distance x par rapport à la face d'appui c des têtes des boulons mécaniques 10 de sorte que les usinages de la surface porteuse de charge b et de la face d'appui c peuvent être effectués indépendamment l'un de l'autre, ce qui a une influence favorable sur la précision et la durée de service du patin de roulement. Ainsi les trous p ménagés dans la face d'appui c pour le passage des boulons mécaniques 10 n'affectent pas les caractéristiques de fini superficiel obtenues par usinage de la surface porteuse de charge b. Le corps principal 1 est par conséquent dans son ensemble un corps en forme de prisme ayant la section droite indiquée sur la figure 9 et qui est pourvu dans une direction transversale entre la face d'appui c et les surfaces de blocage a de trous p de passage de boulons mécaniques 10, comme indiqué seulement sur les figures 5 et 7. La surface porteuse de charge b et la surface inférieure de retour de rouleaux d du corps principal 1 sont profilées, au voisinage de l'entrée et de la sortie des éléments de roulement, comme le montrent la figure 8 - et le détail C de la figure 12. Le profil correspondant au détail C est par conséquent applicable dans le sens correct aux quatre points d'entrée et de sortie des voies de guidage des éléments de roulement. En accord avec ce qui avait été mentionné ci- dessus, les deux surfacesb et d comportent une section d'entrée de rouleau v2 de hauteur u2 dans le point ou plan de liaison avec les éléments rapportés incurvés 4 et elles sont reliées aux surfaces b et d par des arcs de transition respectifs R2. La section d'entrée de rouleau v2 de hauteur u2 adjacente à l'arc de transition R2 est d'une importance fondamentale en ce qui concerne les caractéristiques de fonctionnement et la durée de service de la structure de patin de roulement. Des trous filetés de réglage q du corps princi- pal 1 servent au montage des guides extrêmes 6 comprenant les éléments rapportés incurvés 4, comme indiqué sur les figures 7 et 13. Les trous filetés de réglage q et les trous ú de passage de boulons mécaniques se rejoignent mutuellement pour des raisons de fabrication. Le rôle principal du guide latéral 2 consiste, comme indiqué pour le détail A de la figure 11, à guider les éléments de roulement 5 par guidage de surfaces latérales ml, c'est-à-dire de manière à absorber les forces latérales dans le plan desdites surfaces m1 sous la forme d'un frotte- ment de glissement. Une nervure de retenue n1 empêche les éléments de roulement 5 de tomber du patin de roulement non en service. Un intervalle h entre la nervure de retenue n1 et le tourillon k de l'élément de roulement sert à réduire le frottement interne. Il existe un intervalle ou un jeu de fonction- nement y1 entre le plan inférieur déterminé par les guides latéraux 2 et la surface de voie de guidage, qui est identi- que à la surface de roulage q des éléments de roulement 5, c'est-à-dire au plan de roulement extérieur. Le rôle unique de l'élément rapporté de retenue 3 est d'empêcher, comme le montre le détail B de la fig. 10, les éléments de roulement 5 de tomber de la rainure de retour sous l'action de la rainure n2 si le patin de roule- ment n'est pas en service. L'intervalle h existant entre la nervure n2 de l'élément rapporté de retenue 3 et le tourillon k des éléments de roulement 5 permet de réduire le frottement interne. Les éléments rapportés incurvés 4 sont engagés dans les guides extrêmes 6 par une nervure de montage r et ils servent de voie incurvée pour les éléments de roulement à l'intérieur des guides extrêmes 6. Les relations structurales entre les éléments rapportés incurvés 4 et d'autres composants sont 255985 9 mises en évidence sur les figures 8, 12 et 13. Comme le montre la figure 12, des surfaces cylindriques des éléments rapportés incurvés 4 sont reliées à la section d'entrée de rouleau v2 du corps principal 1 par l'intermédiaire d'une transition de montage v3. Les éléments de roulement 5 exécutent leur mouvement sans fin en passant dans trois sections différen- tes de la voie de roulement. La première section est une rainure porteuse de charge qui est bordée par une surface porteuse de charge b du corps principal, par des surfaces de guidage m1 des guides latéraux 2 ainsi que par une surface de roulement du rail de guidage f. Les éléments de roulement 5 sont sollicités par une charge seulement dans la section mentionnée ci-dessus et ils transmettent la force correspondant à la charge entre la surface porteuse de charge b du corps principal 1 et la surface de roulement du rail de guidage 5, perpendiculaire- ment auxdites surfaces. Des forces latérales, c'est-à-dire de glisse- ment, s'exerçant dans des plans tangents aux éléments de roulement 5, se produisent dans le cas d'un montage imprécis du mécanisme de patin de roulement, c'est-à-dire si la partie mobile de machine à guider en ligne droite subit une déviation. Les forces précitées sont absorbées par les guides latéraux 2. La seconde section produit une inversion du mouvement rectiligne des éléments de roulement le long d'un arc de 180'. Le guidage des éléments de roulement 5 en retour est effectué dans une rainure de renvoi qui est ménagée dans les guides extrêmes 6 associés aux éléments rapportés incurvés 4. La troisième section est une rainure de retour de rouleaux qui est bordée par des surfaces latérales m2 formées dns le corps principal 1 et par une surface de fond de rainure d ainsi que par des surfaces e de fixation de parties mobiles de la machine. Dans ladite section, il existe un intervalle Y2 entre la surface supérieure d'enveloppe définie par les éléments de roulement 5 et la surface de fixation e. Pour optimiser la répartition des contraintes entre les éléments de roulement 5 et la surface porteuse de charge b ainsi que la surface de roulement du rail de guidage f, les éléments de roulement 5 sont profilés comme indiqué sur la figure 10. Ils sont arrondis aux deux extrémités; il est prévu un rayon de courbure R avec une longueur d'arron- di v1 et une hauteur d'arrondi u1. Les tourillons k des éléments de roulement font en sorte que ces éléments de roulement 5 puissent être guidés dans une rainure. Les guides extrêmes 6 sont fixés sur le corps principal 1 au moyen des vis 9 et des trous filetés de réglage A, comme le montre la figure 13. La figure 14 représente un mode de réalisation du mécanisme de patin de roulement conforme à l'invention, o le rôle de l'élément rapporté de retenue 3 est amplifié et comprend non seulement le maintien des éléments de roule- ment 5 dans la rainure de retour mais également une protec- tion anti-poussière complète de ladite rainure. Un élément rapporté de retenue et anti-poussière 31, emboité dans les rainures de blocage z1 du corps principal, obture parfaite- ment la rainure de retour. Pour éviter un effet antagoniste surabondant, un intervalle y3 est ménagé entre la surface supérieure de l'élément rapporté de retenue et anti-poussière 31 et la surface de blocage. Le matériau de fabrication du corps principal 1 et des éléments de roulement 5 est de l'acier de haute résis- tance, les composants restants, à l'exception des vis 9 des guides extrêmes et des boulons mécaniques 10 pouvant être fabriqués en matières plastiques ou en métaux légers de diverses résistances et duretés. Les guides latéraux 2 et les guides extrêmes 6 sont assujettis à des conditions plus.sévères en ce qui concerne la résistance mécanique et la résistance à l'abra- sion. REVENDICATIONS 1. Structure de patin de roulement pour un guidage rectiligne de haute précision d'unités de construc- tion se déplaçant l'une sur l'autre, comprenant un corps principal comportant des composants formant des sections rectilignes d'une voie de roulement et guidage sans fin de rouleaux, des sections de la voie inversant le mouvement des rouleaux, et un train de rouleaux porteurs de charge avec mouvement de recirculation, caractérisée en ce que des rainures (z1) de blocage de guides latéraux et des rainures (z2) de blocage d'éléments rapportés de retenue sont formées dans le corps principal (1) pour assurer la liaison dudit corps principal (1) avec des guides latéraux (2), qui assu- rent un guidage rectiligne des éléments roulants (5), ainsi qu'avec des éléments rapportés de retenue (3), qui empêchent lesdits éléments roulants de tomber de la structure de patin de roulement lorsqu'elle n'est pas en service, sans utilisa- tion d'aucun élément de liaison. 2. Structure de patin de roulement selon la reven- dication 1, caractérisée en ce qu'une surface porteuse de charge du corps principal (1) n'est pas située dans le même plan que des faces d'appui (c) de têtes de boulons mécaniques, qui fixent ledit corps (1) contre une surface de roulement de rails de guidage (f), mais présente un décalage (x) par rapport auxdites faces d'appui (c) de manière à pouvoir augmenter la précision de fabrication. 3. Structure de patin de roulement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que, en vue d'allon- ger la durée de service, d'obtenir des caractéristiques de fonctionnement plus favorables et une marche uniforme, correcte et sans bruit, la surface porteuse de charge (b) dudit corps principal (1) est pourvue de sections d'entrée et de sortie (v2) reliées à celle-ci par des arcs de transi- tion (R2) ayant une hauteur bien définie (n2) et assurant une absorption uniforme et graduelle de la charge.