Brevet FR2683605A1 — publié le 19930514

DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT PAR CONTACT POUR CONVERTIR DE FA CON REVERSIBLE UN MOUVEMENT DE ROTATION EN UN MOUVEMENT LINEAIRE La présente invention concerne un dispositif d'entrainement par contact pour convertir de façon réversible un mouvement de rotation en un mouvement linéaire. Plus particulièrement, un tel dispositif est adapté pour entrainer un objet selon une trajectoire rectiligne. Il est déjà connu, notamment par le brevet US 4.726.242, de transformer le mouvement de rotation d'un arbre tournant sur lui-même en un mouvement de translation d'une unité de transmission associée à cet arbre. Un tel type de dispositif reprend le principe connu de la vis et de écrou, en remplaçant la vis par un arbre lisse et écrou par une pluralité de galets dont la bande de roulement est en contact d'entraînement avec l'arbre lisse. Ce contact d'entraînement est réalisé par des moyens de compression des galets sur l'arbre lisse. Les galets sont disposés de manière inclinée par rapport à l'axe de l'arbre lisse, de sorte qu'a chaque rotation de cet arbre, la bande de roulement de ces galets soit entraînée selon une trajectoire helicoidale autour de l'arbre. L'unité de transmission supportant ces galets est alors entraînée dans un mouvement rectiligne parallèle à l'axe de l'arbre lisse. Dans le document US 4.726.242, les galets présentent une forme doublement tronconique et sont en contact avec l'arbre lisse par deux points opposés. Ces galets ainsi que l'arbre lisse sont réalisés en acier spécial. Un tel dispositif présente cependant l'inconvénient de ne pouvoir être utilisé pour des déplacements linéaires supérieurs à 2,5 m. En effet, une très grande précision et un état de surface strictement défini doivent être réalisés au niveau de l'arbre et de la bande de roulement des galets. Si ces conditions ne sont pas réalisées, I'entraînement des galets par l'arbre lisse n'est pas correct et il se produit des phénomènes de glissement relatifs entre ces deux parties. Or, la réalisation d'un arbre en acier spécial de plus de 2,5 m de longueur et présentant un état de surface et un parallélisme corrects est pratiquement impossible. Les machines fabriquant de tels arbres ne permettent pas d'obtenir ces caractéristiques, ou entraineraient un tel surcoût que des systèmes autres sont employés jusqu a présent pour les arbres de grande longueur. Par ailleurs, les dispositifs d'entraînement par contact connus à ce jour comportent des galets en contact avec l'arbre au mieux par deux points. Dans le cas où les galets sont remplacés par des anneaux, le contact entre les anneaux et l'arbre lisse se fait parfois selon une petite ligne de contact (FR 2.393.206). Mais de tels anneaux doivent être de dimensions très précises et sont, de ce fait, difficiles è- réalisér. En outre, en raison des matériaux utilisés (aciers spéciaux), il n'est pas possible de réaliser des contacts plus importants car cela nécessite une précision trop grande et par là même un surcoût. La présente invention a pour but de pallier l'ensemble de ces inconvénients et de créer un dispositif d'entranement par contact ne nécessitant pas de matériaux spéciaux, ni d'état de surface strictement défini, et pouvant être associé à un arbre lisse de grande longueur. La présente invention vise en outre à créer un tel dispositif présentant une ligne de contact totale entre l'arbre lisse et les galets, et qui soit également facile à réaliser et de fabrication économique. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'entraînement par contact adapté pour convertir de façon réversible un mouvement de rotation en un mouvement linéaire du type comportant - un arbre lisse ayant un axe longitudinal A et, - une unité de transmission par contact entourant l'arbre lisse et comprenant au moins deux galets présentant un axe longitudinal C et montés libres en rotation autour d'un axe B transversal, chacun de ces galets ayant une bande de roulement en contact d'entrainement avec arbre lisse et, des supports de galets agencés de façon que, lors d'une rotation de l'arbre lisse, la bande de roulement des galets décrive une trajectoire hélicoïdale autour de l'arbre lisse et entraîne l'unité de transmission par contact dans un mouvement linéaire de direction parallèle à l'axe longitudinal A, ledit dispositif étant caractérisé en ce que - la bande de roulement de chaque galet est de forme concave et, - l'axe longitudinal C de chaque galet forme un angle Ainsi, en utilisant des galets dont la bande de roulement en contact d'entraînement avec l'arbre est concave, on permet à ces galets d'épouser au mieux la périphérie de l'arbre et de présenter une ligne de contact totale, d'une extrémité à l'autre du galet, avec l'arbre lisse. De ce fait, l'entrainement présente un couple suffisant pour éviter tout phénomène de glissement entre l'arbre lisse et les galets. En outre, dans la présente invention, l'angle d'inclinaison des galets par rapport à l'arbre lisse est prédéterminé, ce qui fixe, dès le départ, le pas de la trajectoire hélicoïdale et donc la vitesse de déplacement rectiligne de l'unité de transmission. La forme concave de la bande de roulement des galets est alors calculée pour offrir une ligne de contact totale entre l'arbre lisse et les galets. Il en résulte que le dispositif dtentrainement réalisé est fiable, n' est pas sujet au glissement et présente un couple important, ce qui lui permet d'entratner des charges relativement lourdes. Avantageusement, la bande de roulement des galets est réalisée en un matériau à coefficient de frottement supérieur à 0,8 et présentant une dureté shore comprise entre 60 et 90. L'utilisation d'une telle matière pour les bandes de roulement des galets implique que celles-ci présentent une certaine élasticité et sont adaptées pour se déformer par fluage au contact de l'arbre lisse. Or, comme l'adhérence entre les galets et l'arbre lisse est liée à trois paramètres, à savoir - le coefficient de frottement, - la force pressante, et - la surface de pression, on remarque que, grâce au fluage du matériau, on augmente non seulement la force pressante lorsque l'on exerce une pression sur les galets, mais aussi la surface de pression. Ceci est un net avantage par rapport à l'art antérieur dans lequel une augmentation de la force pressante n'entraînait aucune augmentation significative de la surface de pression puisque tous les matériaux en contact étaient en acier. Il résulte donc de l'emploi d'un matériau à coefficient de frottement supérieur à 0,8 et de dureté shore entre 60 et 90, que l'adhérence des galets sur l'arbre lisse est nettement améliorée par rapport à l'art antérieur puisque la présente invention permet de maîtriser l'ensemble des paramètres influençant cette adhérence. Le fluage de la matière des galets implique en outre que lorsque les galets sont soumis à une pression, on obtient non pas une ligne de contact totale entre les galets et l'arbre lisse, mais une surface de contact. De ce fait, le couple transmis par l'arbre lisse en rotation est plus important. Un tel dispositif peut donc entralner des charges relativement lourdes. Le fluage de la bande de roulement des galets permet également l'utilisation d'un arbre lisse ne présentant pas un état de surface particulier, comme par exemple un arbre en aluminium brut. En effet, par fluage, la bande de roulement en contact d'entraînement avec l'arbre vient épouser le contour de celui-ci selon une surface de contact et combler d'elle-même d'éventuelles aspérités ou défauts de surface, sans que cela nuise au fonctionnement du dispositif, ou n'induise de glissement. Il en résulte que l'arbre utilisé peut être de grande longueur, et peut présenter un état de surface non traité. En outre, tout type de matière peut être utilisé pour la réalisation de l'arbre lisse, ce qui réduit de manière significative le coût de tels dispositifs même pour de petites longueurs d'arbre. Avantageusement, la partie concave de la bande de roulement est en forme d'arc de cercle, de rayon r donné par la formule suivante R + a sin2 r cos2 K où R est le rayon de l'arbre lisse et a le rayon du galet en fond de concavité, de façon que le contact entre la bande de roulement du galet et l'arbre lisse soit total. Ainsi, lorsque le rayon de courbure du galet répond à la formule indiquée ci-dessus, la ligne de contact (ou surface de contact lorsqu'il y a fluage en raison de l'application d'une force pressante sur les galets) de la bande de roulement des s galets et de l'arbre lisse est maximale. Le rayon de courbure de la bande de roulement est ainsi lié au diamètre de l'arbre, mais aussi et surtout à l'angle K d'inclinaison du galet par rapport à l'arbre lisse. Ce rayon est donc spécialement adapté au pas de l'hélice et également à la vitesse de translation de l'unité de transmission. De préférence, l'angle o( est compris entre 450 et 750. L'unité de transmission renfermant les galets est avantageusement réalisée en deux demi-coques identiques. Ces deux demi-coques sont fermement maintenues l'une par rapport à l'autre par un moyen de compression. Ce moyen de compression permet également de régler la force de pression exercée par la bande de roulement des galets sur l'arbre lisse. Il permet donc également de régler l'adhérence des galets sur l'arbre et donc le couple transmis. Un tel réglage permet d'adapter le dispositif selon l'invention à l'entraïnement d'objets de poids déterminés. Avantageusement, les deux demi-coques enserrent l'arbre lisse de telle façon que la pluralité de galets contenus dans chacune d'elles enserre également l'arbre. Ainsi, l'arbre est maintenu par des paires de galets. Chacun des galets constituant une paire de galets est placé en opposition par rapport à l'autre galet, et ce au même niveau de l'arbre. La matière de la bande de roulement est de préférence un élastomère, par exemple un polyuréthane. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en perspective montrant un galet disposé sur un arbre lisse rotatif, - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 d'un galet selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe semblable à la figure 2 montrant le galet mis en place sur l'arbre lisse, - la figure 4 est une vue en plan d'une demicoque selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique montrant un dispositif d'entrainement selon l'invention mis en place pour un système d'ouverture/fermeture de porte par translation verticale, et - la figure 6 est une vue schématique partiellement en coupe et partiellement en perspective montrant l'enserrement de l'arbre lisse par les deux demicoques de l'unité de transmission. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 1 à 6, le dispositif d'entraînement par contact 10 selon l'invention comporte un arbre lisse 11 d'axe longitudinal A, et une unité de transmission par contact 12 (figures 4 et 5). L'arbre lisse 11 est entraîné en rotation de façon réversible par un moteur M (figure 5). L'unité de transmission 12 comporte deux demi-coques 13a, 13b comportant chacune une pluralité de galets 14 (quatre dans l'exemple représenté). Chacun de ces galets (figure 2) présente un alésage central 15 et deux épaulements 16. L'alésage central 15 est adapté pour recevoir un arbre 17 dont l'axe transversal B est supporté à chacune de ses extrémités dans des supports de galets 18 solidaires de la demi-coque. Chacun des épaulements 16 reçoit un roulement à billes 19 adapté pour permettre une rotation libre du galet 14 par rapport à son axe B. Chaque galet présente, en outre, une bande de roulement 20 dont la section est en forme d'arc de cercle de rayon r (figure 3). L'axe longitudinal C de- chaque galet est incliné par rapport à l'axe A de l'arbre lisse d'un angle Oc Chaque demi-coque 13a, 13b est munie de moyens de fixation 21 à l'autre demi-coque. Chaque moyen de fixation comporte un alésage 22 effectué dans une languette 23 solidaire de la demi-coque. L'axe longitudinal D de chaque demi-coque est incliné de l'angle par rapport aux axes B des galets disposés dans les supports 18 solidaires de chaque demi-coque. Le montage d'un tel dispositif est décrit ciaprès. On entoure un arbre lisse 11 de deux demicoques do-nt l'axe longitudinal D est parallèle à l'arbre lisse A (figure 6). Chacun des galets de la pluralité de galets porte alors sur l'arbre lisse 11 par une surface de contact S, comme représenté aux figures 1, 3 et 6. Chacune des demi-coques 13a, 13b est inversée par rapport à l'autre (si dans l'une les galets sont inclinés à droite, dans autre, ils le seront à gauche), de sorte que l'arbre lisse 11 soit enserré entre une pluralité de paires de galets (figure 6) dont chacun des galets est placé en opposition au second galet de la paire, de chaque côté de l'arbre 11 et au même niveau. Ainsi, les galets d'une des demi-coques sont placés au même niveau, par rapport à l'arbre lisse, que les galets de l'autre demi-coque, de façon que l'arbre lisse soit enserré par une pluralité de paires de galets. Les deux demi-coques 13a-13b sont alors refermées par un dispositif de compression mis en place dans les moyens de fixation 21. Ce dispositif, représenté schématiquement à la figure 5, comporte une vis 24 dont la tige filetée passe à travers les alésages 22 de chacune des demi-coques, et supporte un moyen élastique 25 (ressort), comprimé par un écrou 26. En serrant plus ou moins les écrous 26, on comprime l'arbre entre la pluralité de paires de galets. Ainsi, on crée une force de pression entre la bande de roulement de chaque galet et l'arbre lisse, pour régler l'adhérence de ces deux parties l'une à l'autre. Une tige filetée 27 solidaire de la partie inférieure de l'unité de transmission 12 est fixée par exemple au moyen d'un système à écrou et contre écrou 28 à une porte P (figure 5). Le fonctionnement d'un tel dispositif est décrit ci-après. Lorsque le moteur M entraîne en rotation l'arbre lisse 11, les bandes de roulement de chaque galet sont compriméès sur l'arbre lisse et décrivent une trajectoire hélicoïdale autour de cet arbre, d'un pas p. La surface de contact S entre le galet et l'arbre lisse est matérialisée en hachure à la figure 1. Comme l'unité de transmission 12 ne peut tourner autour de l'arbre lisse 11, en raison de sa fixation 27, 28 à la porte P, elle est alors entraînée dans un mouvement rectiligne de direction parallèle (flèche F, figure 5) à celle de l'axe A de l'arbre 11. De ce fait, l'ensemble de la porte P est entrainé dans le même sens. Il est ainsi possible d'ouvrir de façon motorisée une porte de garage (par exemple) en la faisant coulisser vers le haut. Lorsque le moteur M entraine l'arbre 11 en sens inverse, un abaissement de la porte est alors provoqué. Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'entraîner en translation un objet (une porte par exemple) en transformant un mouvement de rotation d'un arbre 11 en un mouvement rectiligne à l'aide d'un dispositif d'entraînement par contact. Pour qu'un tel mouvement se réalise sans glissement, on fixe dans un premier temps l'angle o( des galets par rapport à l'axe de l'arbre lisse. De préférence, cet angle est compris entre 450 et 75 . Dans l'exemple représenté, cet angle est de 600. Il en résulte que le pas de l'hélice, p, ctest-à-dire le déplacement longitudinal de l'unité de transmission à chaque tour de l'arbre lisse est également fixé. Ce pas p est égal à 2 lrR tg (90- Dans le cas représenté, p = 2 MrR tg 300. Lorsque le pas p est fixé, la vitesse de translation (dans la direction de la flèche F) de l'unité de transmission est également fixée. Cependant, un des buts de l'invention est de faire en sorte que lorsque le galet est incliné de l'angle R + a sin2 o( r = cos2 o( où o( et R ont les mêmes significations que précédemment et où a est le rayon du galet en fond de concavité (figure 3). Lorsque le rayon de courbure r, de la bande de roulement du galet, vérifie cette équation, la ligne de contact entre l'arbre lisse et le galet est totale. Dans le cas où CH2 = 600, R = 10 mm et a = 16 mm, alors r = 88 mm. De préférence, la bande de roulement est réalisée en un matériau élastomère (par exemple du polyuréthane) ou tout matériau analogue présentant un coefficient de frottement supérieur à 0,8 et une dureté shore comprise entre 60 et 90. Un tel dispositif permet d'utiliser en tant qu'arbre lisse 11, tout arbre en métal ou non. Cet arbre n'a pas besoin de présenter un état de surface rigoureusement défini. Il est donc économique à réaliser. Il peut être léger et présenter une grande longueur voire même être un arbre souple. Dans l'exemple représenté, cet arbre est en aluminium. Il est à noter que, dans l'exemple illustré, les moyens de fixation et de compression sont prévus de part et d'autre des côtés longitudinaux de chaque demi-coque. Cependant, en variante, ces moyens peuvent être placés sur les côtés transversaux (comme représenté en pointillé pour l'un d'entre eux à la figure 4), afin de réduire l'encombrement transversal de l'unité de transmission, ou dans tout autre endroit approprié. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Ainsi, l'unité de transmission peut présenter une forme différente de celle décrite, ou comporter plus ou moins de paires de galets. De même, la présente invention n'est pas limitée à un dispositif d'ouverture/fermeture de portes de garage. Le couple réglable transmis par le dispositif selon l'invention permet d'utiliser un tel dispositif pour tout objet et de l'adapter en fonction du poids de cet objet. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif d'entraînement par contact adapté pour convertir de façon réversible un mouvement de rotation en un mouvement linéaire du type comportant - un arbre lisse (11) ayant un axe longitudinal A et, - une unité de transmission (12) par contact entourant l'arbre lisse et comprenant au moins deux galets (14) présentant un axe longitudinal C et montés libres en rotation autour d'un axe transversal B, chacun des galets ayant une bande de roulement en contact d'entraînement avec l'arbre lisse et, des supports de galets (18) agencés de façon que, lors d'une rotation de l'arbre lisse, la bande de roulement des galets décrive une trajectoire hélicoïdale autour de l'arbre lisse et entraîne l'unité de transmission (12) par contact dans un mouvement linéaire de direction parallèle à l'axe longitudinal A, ledit dispositif étant caractérisé en ce que - la bande de roulement de chaque galet est de forme concave et, - l'axe longitudinal C de chaque galet (14) forme un angle o( prédéterminé avec l'axe longitudinal A. 2/ - Dispositif d'entraînement par contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de roulement est réalisée en un matériau à coefficient de frottement supérieur à 0,8 et présentant une dureté shore comprise entre 60 et 90. 3/ - Dispositif d'entraînement par contact selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la section de la partie concave de la bande de roulement est en forme d'arc de cercle, de rayon r donné par la formule suivante R + a sin2 r cos2 X où R est le rayon de l'arbre lisse et a le rayon du galet en fond de concavité, de façon que le contact entre la bande de roulement du galet et l'arbre lisse soit total. 4/ - Dispositif d'entraînement par contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle oÇ est compris entre 450 et 75 . 5/ - Dispositif d'entraînement par contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de transmission (12) par contact comporte deux demi-coques (13a-13b) identiques mais inversées, adaptées pour être fixées l'une à l'autre et pour enserrer entre elles l'arbre lisse (11). 6/ - Dispositif d'entraînement par contact selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque demicoque (13a-13b) comporte une pluralité de galets (14) dont l'axe transversal B est incliné par rapport à l'axe longitudinal D de l'unité de transmission (12) par contact de l'angle o( prédéterminé. 7/ - Dispositif d'entraînement par contact selon les revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les galets (14) d'une demi-coque (13a-13b) sont placés au même niveau par rapport à l'arbre lisse que les galets (14) de l'autre demi-coque (13b-13a), de façon que l'arbre lisse (11) soit enserré par une pluralité de paires de galets (14). 8/ - Dispositif d'entraînement par contact selon les revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque demi-coque (13a-13b) est maintenue fermement en position par rapport à l'autre par un moyen de compression (24, 25, 26) adapté pour créer une pression donnée entre la bande de roulement de chaque galet et l'arbre lisse (11), et pour conférer une adhérence à l'unité de transmission par contact. 9/ - Dispositif d'entraînement par contact selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de compression est constitué par une vis (24) associée à un ressort (25) comprimé par un écrou (26). 10/ - Dispositif d'entraînement par contact selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le moyen de compression (24, 25, 26) est adapté pour régler l'intensité de la force pressante appliquée aux galets (14) et pour déterminer la dimension de la surface de contact S entre la bande de roulement des galets (14) et l'arbre lisse (11). 11/ - Dispositif d'entraînement par contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bande de roulement est réalisée en un matériau élastomère. 12/ - Dispositif d'entraînement par contact selon la revendication 11, caractérisé en ce que la bande de roulement est réalisée en polyuréthane. 13/ - Dispositif d'entraînement par contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque galet (14) est muni de deux roulements à bille (19) adaptés pour entraîner librement en rotation les galets (14) par rapport à l'axe B.