Brevet FR2812057A1 — publié le 20020125

Description La présente invention concerne une transmission à vis à billes comprenant: - un élément formant vis dont la surface périphérique extérieure com- porte un premier dispositif à rainures, - un élément formant écrou qui entoure l'élément formant vis et dont la surface périphérique intérieure comporte un second dispositif à rainu- res, - un ensemble de billes dont au moins une partie de billes pénètre dans le premier dispositif à rainures et dans le second dispositif à rainures, - l'élément formant écrou tournant autour d'un axe de rotation par rap- port à l'élément formant vis et lors de cette rotation, les billes qui pé- nètrent dans le premier dispositif à rainures et le second dispositif à rainures roulent en tournant autour de leur axe de rotation de bille respectif dans le premier et le second dispositif à rainures. On utilise de telles transmissions à vis à billes dans de nombreuses applications dans lesquelles un mouvement de rotation doit être transformé en un mouvement de translation rectiligne. On utilise de tels dispositifs de conversion de mouvement par exemple dans les machi- nes outils à commande automatique ou encore comme moyens de dé- brayage. La condition principale pour de telles transmissions à vis à billes qui servent finalement à convertir un mouvement de rotation en un mouvement de translation est que la conversion du mouvement con- somme aussi peu d'énergie que possible sous forme d'énergie de friction ou analogue qui est perdue après la conversion, à la sortie. Le problème est que les différents éléments en forme de billes roulent dans des zones de l'élément en forme de vis et de l'élément en forme d'écrou ou s'appuient sur ceux-ci suivant des rayons très différents par rapport à l'axe de rota- tion. Par exemple, pour une seule rotation d'une bille autour de l'axe de rotation de la bille, la bille devrait parcourir une zone d'appui contre le second dispositif à rainures, en décrivant une course plus longue que sur la surface correspondante du premier dispositif à rainures. Cela crée né- cessairement un mouvement en partie avec patinage des billes dans la zone d'appui dans au moins l'un des dispositifs à rainures et conduit ainsi à l'introduction d'un mouvement de glissement avec les pertes de glisse- ment correspondantes. La présente invention a pour but de développer une trans- mission à vis à billes dans laquelle la conversion du mouvement entre le mouvement de rotation et le mouvement de translation se produit avec aussi peu que possible de pertes d'énergie. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que rapporté à l'axe de rotation de bille, le rayon de roulement de billes effectif, par le- quel les billes roulent dans le premier dispositif à rainures est plus petit que le rayon de roulement de billes effectif par lequel les billes roulent dans le second dispositif à rainures. En ayant des rayons de roulement des billes, efficaces, dif- férents dans la zone de coopération avec les différents dispositifs à rainu- res, on assure qu'au niveau de chaque dispositif à rainures, là o du fait de sa plus grande distance radiale par rapport à l'axe de rotation, une bille doit parcourir pendant son mouvement de roulement, un chemin plus grand, on dispose ainsi d'un rayon efficace de roulement de bille plus grand, de sorte que par exemple, en se reportant toujours à une unique rotation de bille autour de l'axe de rotation de la bille, on compense alors le fait que sur l'écrou qui se situe radialement plus à l'extérieur, on aura à parcourir un chemin de roulement plus long. Malgré la même vitesse de rotation des billes autour de l'axe de rotation respectif, pour les différentes zones d'appui, pour une certaine rotation de la bille, on aura des chemins de roulement différents. A titre d'exemple, la réalisation de la transmission à vis à billes selon l'invention est caractérisée en ce que les billes peuvent rouler dans une première zone de surface de roulement du premier dispositif à rainures et dans une seconde zone de surface de roulement du second dispositif à rainures en tournant autour de leur axe de rotation de bille respectif, et au moins lors du mouvement de roulement, les billes sont en contact au niveau de la première surface de roulement avec la première zone de surface de billes qui présente par rapport à l'axe de rotation de bille une distance plus faible qu'une seconde zone de surface de roulement de billes par laquelle les billes sont en contact avec la seconde zone de surface de roulement de billes lors du mouvement de roulement. A cet effet par exemple le premier dispositif à rainures a un profil de section de rainure avec un premier rayon de courbure de surface au niveau de la première zone de surface de roulement, le second disposi- tif à rainures présente un profil de section de rainure avec un second rayon de courbure de surface au niveau de la seconde zone de surface de roulement et, le premier rayon de courbure de surface est inférieur au se- cond rayon de courbure de surface. Pour permettre une coopération déterminée entre les billes et les rainures et notamment faciliter la mise en place des billes dans les rainures, l'invention propose que le premier dispositif à rainures et le se- cond dispositif à rainures ont un profil de section de rainure avec un rayon de courbure de surface qui diminue à partir de zone d'ouverture de la rainure vers le fond de la rainure. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le rayon de courbure de surface, du premier dispositif à rainures et/ou du second dispositif à rainures dans la zone du fond de rainure est plus petit que le rayon des billes Ainsi entre les zones les plus éloignées dans les rainures, pour les billes et le fond des rainures, on aura un intervalle sans contact d'appui et qui peut notamment servir à recevoir des saletés. La transmission à vis à billes selon l'invention est par exemple caractérisée en ce que le premier dispositif à rainures présente au moins un filetage de préférence plusieurs filetages, le second dispositif à rainures comporte, pour chaque filetage du premier dispositif à rainure, au moins un second filetage, et au moins un second filetage présente au moins une spire dont les zones d'extrémité sont reliées par un segment de retour de billes. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une transmission à vis à billes selon l'invention, - la figure 2 montre à échelle agrandie le détail II de la figure 1, - la figure 3 montre un détail à échelle agrandie de la figure 2 laissant apparaître la réalisation des différents profils de sections de rainures. Selon la figure 1, une transmission à vis à billes selon l'invention porte globalement la référence 10. La transmission à vis à billes comprend un élément de vis 12 (ou plus simplement vis) qui peut tourner autour d'un axe de rotation A ou est positionné autour de cet axe sans pouvoir se déplacer le long de celui-ci. L'élément de vis ou plus sim- plement vis 12, en forme de manchon comprend dans sa zone périphéri- que extérieure ou sa surface périphérique extérieure 14, une première rainure 16 qui correspond par exemple à un filet de vis avec plusieurs spi- res; ce filet de vis 18 a un pas déterminé, c'est-à-dire le pas de la vis. Un élément formant écrou ou plus simplement écrou 20 entoure la vis 12, radialement à l'extérieur en laissant subsister un faible jeu intermédiaire. L'élément d'écrou 20 comprend au niveau de sa surface périphérique intérieure ou de son côté intérieur 22, un second dispositif à rainures ou plus simplement rainure 24; cette rainure 24 présente par exemple un filet 26 avec un pas correspondant au pas du filet 18 du pre- mier dispositif à rainures 16. Dans sa zone périphérique qui n'apparaît pas à la figure 1, on a un retour de billes, qui relie les deux extrémités du filetage 26, de sorte que les billes qui se suivent dans le filetage 26, puis- sent rouler à la manière d'une suite de billes sans fin dans le second dis- positif à rainures 24. Il est à remarquer sur la réalisation représentée correspond seulement à un exemple possible d'une transmission à vis à billes. On peut envisager les modes de réalisation les plus différents par exemple des modes de réalisation avec plusieurs filetages sur le premier et le second dispositif à rainures 16, 24. Il est également possible de prévoir un racloir sur l'écrou 20 pénétrant dans la première rainure 16 et qui, pour des mouvements relatifs entre la vis 12 et l'écrou 20 assure le nettoyage du premier dispositif à rainures 16. Sur la vis 12, on pourrait prévoir un tel dispositif de raclage. Il est également possible de prévoir des éléments d'écartement entre les différentes billes qui se suivent dans la direction périphérique ou dans la direction longitudinale des dispositifs à rainures 16, 24 et qui évitent que les billes 28 ne frottent les unes sur les autres. De tels éléments d'écartement pourraient être par exemple des billes de plus petit diamètre réalisées dans une matière très lubrifiante pour que les billes 28 en métal, qui transmettent les efforts ne viennent pas direc- tement en contact les unes avec les autres. Les figures 2 et 3 montrent le profil de la section rapportée à la direction longitudinale des filets de vis 18, 26 respectifs ou dispositifs à rainures 16, 24. On voit qu'à la fois pour les premiers dispositifs à rai- nures 16 et les seconds dispositifs à rainures 24, on a un profil de section de forme sensiblement ovale ou elliptique; le rayon de courbure R près de l'ouverture de chaque dispositif de rainures 16, 24 est plus grand que le rayon de courbure (r) au niveau du fond 30 de la rainure. En particulier le rayon de courbure (r) est plus petit que le rayon (rk) des billes 28. Si bien que les billes 28 ne viennent pas en contact avec le fond 30 de la rainure et forment ainsi une chambre dans laquelle peut se déposer la saleté sans que cela n'augmente la résistance au roulement. La figure 2 montre les zones de surface du premier disposi- tif à rainures 16 ou du second dispositif à rainures 24 o les billes 28 ar- rivent en contact lorsqu'elles exécutent leur mouvement et induisent des charges ou des forces dans la direction de l'axe de rotation A; ces zones s portent les références 32, 34. On voit que la zone de surface de roulement 32 de la vis 12 est à une distance plus faible Di de l'axe de rotation A que la zone de surface de roulement 34 par laquelle les billes 28 sont en con- tact avec l'écrou 20. Lorsque l'écrou 20 tourne par rapport à la vis 12 au- tour de l'axe A, du fait de ce contact d'appui dans les zones des surfaces de roulement 32, 34, les billes 28 enserrées axialement, tournent autour de leur axe D respectif; les axes D des billes sont sensiblement orthogo- naux à l'axe de rotation A; dans la vue de la figure 3, ces axes sont légè- rement basculés dans le sens des aiguilles d'une montre autour du centre KM de la bille. Selon la figure 3, on reconnaît que les deux dispositifs à rainures 16, 24 ont un profil de section tel que le rayon de courbure Ri du profil de section du premier dispositif à rainures 16 est plus petit au ni- veau de la zone de la surface de roulement 32 que le rayon de courbure Ra correspondant de l'écrou 20 dans la zone de sa surface de roulement 34. Il en résulte que la zone par lesquelles les billes 28 sont en contact avec la zone de surface de roulement 32 de la vis 12, sont à une distance (ri) plus faible par rapport à l'axe de rotation D que cela serait le cas dans la zone située plus à l'extérieur; ou l'on a la distance (ra) entre l'axe de rotation D de la bille et la zone de surface de contact de la bille 28 avec la zone de surface de roulement 34. Il en résulte que le mouvement de roulement dans le premier dispositif à rainures ou plus simplement rainure 16 est légèrement plus vers l'intérieur, en direction du fond de rainure que cela est le cas pour le second dispositif à rainures ou seconde rainure 24. Lorsque la bille 28 selon la figure 3 tourne autour de son axe de rotation D par exemple pour un unique tour de la bille 28 autour de son axe de rotation D, la bille 28 aura exécuté une trajectoire de rou- lement plus faible par son segment situé radialement plus à l'intérieur, à savoir suivant le rapport au rayon de roulement effectif (ri) du chemin de roulement fixe que cela est le cas pour la zone radiale extérieure, là o la bille roule avec le plus grand rayon de roulement effectif (ra)sur la seconde rainure 24. On peut ainsi compenser la rotation relative entre l'écrou 20 et la vis 12 d'un angle de rotation prédéterminé qui peut par exemple corres- pondre de nouveau à une seule rotation de la bille autour de l'axe de rota- tion D; la bille 28 se déplacera alors sensiblement plus loin à l'extérieur dans la rainure 24, par rapport à l'axe de rotation A que cela est le cas pour la vis 12 qui se trouve radialement plus à l'intérieur. Ainsi, la bille 28 peut effectuer un mouvement de roulement pratiquement sans glissement par rapport à l'écrou 20 et à la vis 12. Dans la transmission à vis à billes 10 selon l'invention, par un choix approprié des profils des sections des deux rainures 16, 24, grâce à des rayons de courbure différents Ri, Ra, on aura des rayons de roulement effectifs différents (ri), (ra) qui sont sensiblement dans le même rapport que les distances radiales Di et Da des zones de surface de roule- ment 32, 34 par rapport à l'axe de rotation. Pour obtenir de tels profils de sections, on peut par exemple, réaliser les profils de sections avec un rayon de courbure qui diminue vers le fond de la rainure en commençant dans la zone d'extrémité radialement extérieure ou radialement intérieure, ouverte; pour le profil de la section située radialement à l'intérieur, c'est- à-dire pour le profil de la section de la première rainure 16, on choisira déjà une valeur initiale plus faible pour le rayon de courbure ou encore on aura une variation plus forte du rayon de courbure que pour la seconde rainure 24 située à l'extérieur. REVEND I CATIONS 1 ) Transmission à vis à billes comprenant: - un élément formant vis (12) dont la surface périphérique extérieure (14) comporte un premier dispositif à rainures (16), - un élément formant écrou (20) qui entoure l'élément formant vis (12) et dont la surface périphérique intérieure comporte un second dispositif à rainures (24), - un ensemble de billes (28) dont au moins une partie de billes pénètre dans le premier dispositif à rainures (16) et dans le second dispositif à rainures (24), - l'élément formant écrou (20) tournant autour d'un axe de rotation (A) par rapport à l'élément formant vis (12) et lors de cette rotation, les billes (28) qui pénètrent dans le premier dispositif à rainures (16) et le second dispositif à rainures (24) roulent en tournant autour de leur axe de rotation de bille (D) respectif dans le premier et le second dispositif à rainures (16, 24), caractérisée en ce que rapporté à l'axe de rotation de bille (D), le rayon de roulement de billes (ri) effectif, par lequel les billes (28) roulent dans le premier dispositif à rainu- res (16) est plus petit que le rayon de roulement de billes effectif (ra) par lequel les billes (28) roulent dans le second dispositif à rainures (24). 2 ) Transmission à vis à billes selon la revendication 1, caractérisée en ce que les billes (28) peuvent rouler dans une première zone de surface de roule- ment (32) du premier dispositif à rainures (16) et dans une seconde zone de surface de roulement (34) du second dispositif à rainures (24) en tour- nant autour de leur axe de rotation de bille (D) respectif, et au moins lors du mouvement de roulement, les billes (28) sont en contact au niveau de la première surface de roulement (32) avec la première zone de surface de billes qui présente par rapport à l'axe de rotation de bille (D) une distance plus faible qu'une seconde zone de surface de roulement de billes par laquelle les billes (28) sont en contact avec la seconde zone de surface de roulement de billes (34) lors du mouvement de roulement. 3 ) Transmission à vis à billes selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier dispositif à rainures (16) a un profil de section de rainure avec un premier rayon de courbure de surface au niveau de la première zone de surface de roulement (32), le second dispositif à rainures (24) présente un profil de section de rainure avec un second rayon de courbure de surface (Ra) au niveau de la seconde zone de surface de roulement (34) et, le premier rayon de courbure de surface (Ri) est inférieur au second rayon de courbure de surface (Ra). 4 ) Transmission à vis à billes selon l'une quelconque des revendications 1 à3, caractérisée en ce que le premier dispositif à rainures (16) et le second dispositif à rainures (24) ont un profil de section de rainure avec un rayon de courbure de surface (R, r) qui diminue à partir de zone d'ouverture de la rainure vers le fond (30) de la rainure. ) Transmission à vis à billes selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rayon de courbure de surface (r), du premier dispositif à rainures (16) et/ou du second dispositif à rainures (24) dans la zone du fond de rainure (30) est plus petit que le rayon (rk) des billes (28). 6 ) Transmission à vis à billes selon quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le premier dispositif à rainures (16) présente au moins un filetage (18) de préférence plusieurs filetages, le second dispositif à rainures (24) comporte, pour chaque filetage (18) du premier dispositif à rainure (16), au moins un second filetage (26), et au moins un second filetage (26) présente au moins une spire dont les zones d'extrémité sont reliées par un segment de retour de billes.