Brevet FR2832202A1 — publié le 20030516

Ensemble vis-écrou à recirculation d'organes roulants, notamment à billes, incorporant un système de sécurité La présente invention concerne l'incorporation d'un système de sécurité dans un ensemble vis-écrou à recirculation d'organes roulants, du type comportant une vis et un écrou entre les filetages coopérants desquels circulent des organes roulants maintenus ou non par une cage, les organes roulants étant ramenés en permanence entre les filetages par un passage de recirculation. Les organes roulants sont par exemple des billes, mais pourraient être des rouleaux. Le domaine des vis à billes (c'est-à-dire où ledit organe roulant est une bille) est aujourd'hui bien connu et utilisé largement dans l'industrie lorsqu'on veut transformer un mouvement de rotation en translation avec un rendement de l'ordre de 95%. Les applications sont multiples dans les machines-outils pour déplacer les axes, dans l'aéronautique pour mouvoir des surfaces assurant le pilotage de l'avion, dans les missiles, dans les satellites, etc. Il arrive qu'une défaillance de l'écrou à billes ou à rouleaux, par exemple une perte de billes, ne soit pas détectée et puisse entraîner la désolidarisation de l'écrou et de la vis. Le but de l'invention est de remédier à ce problème. L'invention atteint son but grâce à un ensemble vis-écrou à organes roulants, notamment à billes, comportant une vis tournant dans un écrou, caractérisé en ce qu'il comprend un écrou de sécurité assurant un couple de friction sur la vis en cas de défaillance de l'écrou à billes. L'écrou de sécurité selon l'invention assure en cas de défaillance de l'écrou à organes roulants la liaison structurale vis/écrou de sécurité et induit un couple de friction/blocage élevé permettant de détecter la défaillance du système vis- écrou parce que le rendement global du système, généralement de l'ordre de 95% pour des systèmes à billes, se trouve brusquement ramené à un niveau de rendement très inférieur à celui d'un ensemble vis-écrou à filetage trapézoïdal de type ACME. Avantageusement, l'écrou de sécurité comprend deux pièces emboîtées coniquement grâce à des portées coniques, la première pièce, extérieure, étant solidaire de l'écrou à organes roulants tandis que la seconde pièce, intérieure, sert d'interface entre la première pièce et la vis grâce à un filetage intérieur hélicoïdal destiné à coopérer avec le filetage de la vis, et peut, par suite d'un déplacement axial relatif des deux pièces et glissement le long des portées coniques, se déformer radialement vers l'intérieur pour venir exercer un serrage radial induisant un couple de frottement/serrage sur la vis lorsqu'un mouvement vis/écrou est commandé. Avantageusement, on peut prévoir un dispositif de réduction de jeu axial après un engagement prédéterminé des deux pièces coniques l'une dans l'autre. Ce dispositif est par exemple constitué par au moins une pièce radiale mobile qui vient s'engager de manière à bloquer la course relative inverse des deux pièces. Avantageusement, ce dispositif constitue en même temps un témoin visuel d'engagement du système (par exemple dans le sens de la compression, pour le système monodirectionnel qui sera décrit ciaprès). L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caractéristiques seront mis en évidence à la lecture de la description suivante, se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une vis à billes et de son écrou de sécurité conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de l'extrémité d'une vis à billes munie d'une variante du système de sécurité selon l'invention, avec son mécanisme de réduction de jeu en position non engagée ; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale partielle de détail de l'extrémité de la vis à billes de la figure 3, avec son mécanisme de réduction de jeu en position engagée ; - les figures 5 et 6 sont des coupes transversales respectives V-V et VI-VI des figures 3 et 4. La description ci-après présente un ensemble monodirectionnel fonctionnant pour des efforts extérieurs dans un sens d'application bien précis, traction ou compression (ici, en l'occurrence, ensemble en compression). Les figures montrent une vis 1 à filetage hélicoïdal 10 coopérant avec un écrou 2 lui-même pourvu d'un filetage hélicoïdal, les deux filetages hélicoïdaux formant ensemble un canal hélicoïdal 3 de section circulaire (dans le cas des vis à billes) dans lequel sont logées des billes. Des canaux de recirculation des billes sont prévus pour ramener les billes d'une position en aval du canal hélicoïdal à une position en amont, ou vice versa. A une extrémité de l'écrou 2, on prévoit un écrou de sécurité 5 comportant au moins deux pièces 6,7 emboîtées coniquement grâce à des portées coniques 9 : la pièce extérieure 6 est solidaire de l'écrou 2 en rotation grâce à des pions 4, des tenons ou tout autre moyen ; la pièce intérieure 7 sert d'interface entre la pièce 6 et la vis 1 et comprend à cet effet un filetage intérieur hélicoïdal destiné à coopérer avec le filetage 10 de la vis 1. La pièce 7 est partiellement découpée en plusieurs tronçons pour lui donner une souplesse radiale. En alternative, la pièce 7 pourrait être réalisée en plusieurs tronçons circonférentiels reliés de manière souple par des liens pour conférer la souplesse globale. Des billes 12, bloquées radialement par des vis 13 passant dans la pièce 6, viennent dans des gorges 14 disposées longitudinalement sur certains tronçons de la pièce 7 pour bloquer en rotation la pièce 7 par rapport à la pièce 6, tout en permettant un déplacement relatif longitudinal. En fonctionnement normal du système vis-écrou 1-2, les deux pièces 7 et 6 de l'écrou de sécurité 5 se déplacent pareillement par rapport à la vis 1, la pièce 6 parce qu'elle est solidaire de l'écrou 2 et la pièce 7 parce qu'elle est positionnée par la vis 1 qui tourne dans son filetage intérieur. Les pièces 6 et 7 restent fixes l'une par rapport à l'autre, tant axialement qu'en rotation En cas de dysfonctionnement du système (perte de billes par exemple), l'entraînement de la pièce 7 par la vis 1 peut ne plus correspondre au déplacement de la pièce 6, avec l'écrou 2, et donner naissance à un décalage axial entre la pièce 6 et la pièce 7 ; plus la pièce intérieure 7 s'engage dans la portée conique de la pièce 6, plus elle tend à voir son diamètre se resserrer et donc à appuyer avec serrage radial sur la vis 1. Les matériaux en contact et les angles de contact au niveau des portées coniques 9 permettent de moduler l'effet de serrage et la réversibilité du système pour une charge donnée appliquée en direction inverse. De même, le choix des pentes des gorges 14 par rapport aux billes 12 permet de moduler l'effet de serrage induit par le couple. Il est possible de proposer un seuil de déclenchement franc à un certain niveau d'effort/couple en ajoutant des pions à cisailler entre les pièces 6 et 7. Il est également possible de réduire les jeux relatifs entre l'écrou de sécurité 5 et la vis 1 lors de l'inversion de charges de niveau élevé pouvant décoincer les deux pièces coniques 6,7. Pour cela, on peut intégrer un dispositif de réduction de jeu qui peut aussi servir de témoin d'engagement dans le sens de la compression. Les figures 3 à 6 illustrent un tel dispositif de réduction de jeu. Sur la figure 3, on a représenté l'extrémité de l'écrou principal 2, et l'écrou de sécurité 5 constitué de la pièce intérieure conique ou cône mâle 7 constituant un écrou à fentes, et la pièce extérieure conique ou cône femelle 6,6' (ici constitué du cône proprement dit 6 solidarisé dans un corps 6'). Un joint fileté 15 en polytétrafluorure d'éthylène ("téflon"), associé à un briseglace 16, termine l'assemblage. La pièce intérieure 7 comporte des empreintes extérieures coniques 18 dans lesquelles des billes 19 permettent le positionnement angulaire et le déplacement axial de la pièce 7 dans la pièce 6,6'. Une jupe arrière 20 de la pièce 7 comporte un collet extérieur 21 susceptible de venir, lorsque la pièce 7 avance dans la pièce 6,6', se loger dans un espace 22 ménagé entre la pièce 6,6'et la région principale de la pièce 7. Quatre patins 23, arqués en quart de lune, portent des tiges radiales de guidage 24 coulissant dans des passages intérieurs d'écrous 25 fixés dans le corps 6'de la pièce conique extérieure 6,6'et appuient, sous la sollicitation permanente d'un ressort de compression 27, sur la pièce conique intérieure 7, soit sur le collet 21 (dans la position de non engagement représentée aux figures 3 et 5), soit sur la jupe 20 (dans la position d'engagement représentée aux figures 4 et 6). Le fonctionnement du dispositif est le suivant : les patins 23 s'appuient sur le collet 21, ce qui se traduit visuellement du fait que les tiges 24 dépassent des écrous 25, tant que le cône mâle 7 ne s'est pas engagé dans le cône femelle 6 d'une distance dépassant la largeur des patins 23 ; dès que cette distance est dépassée, les ressorts 27 poussent les patins 24 radialement vers l'intérieur, sur la jupe 20 ; les patins 24 se logent derrière le collet 21 et empêchent ainsi le retour vers l'arrière du cône mâle 7, cette position se traduisant visuellement par l'enfoncement des extrémités des tiges 24 dans les écrous 25. REVENDICATIONS 1. Ensemble vis-écrou à organes roulants, notamment à billes, comportant une vis (1) tournant dans un écrou (2), caractérisé en ce qu'il comprend un écrou de sécurité (5) assurant un couple de friction sur la vis (1) en cas de défaillance de l'écrou (2). 2. Ensemble vis-écrou selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écrou de sécurité (5) comprend deux pièces (6,7) emboîtées coniquement grâce à des portées coniques (9), la première pièce, extérieure, (6) étant solidaire de l'écrou (2) tandis que la seconde pièce, intérieure, (7) sert d'interface entre la pièce (6) et la vis (1) grâce à un filetage intérieur hélicoïdal destiné à coopérer avec le filetage (10) de la vis (1), et peut, par suite d'un déplacement axial relatif des deux pièces et glissement le long des portées coniques, se déformer radialement vers l'intérieur pour venir exercer un couple de serrage sur la vis (1). 3. Ensemble vis-écrou selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce intérieure (7) est faite de plusieurs tronçons circonférentiels reliés par des liens souples (11). 4. Ensemble vis-écrou selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce intérieure (7) est découpée de manière à lui conférer de la souplesse radiale. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (21, 23) de réduction de jeu axial après un engagement prédéterminé des deux pièces coniques (6,7) l'une dans l'autre. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 5, caractérisé en ce que ce dispositif est constitué par au moins une pièce radiale mobile (23) qui vient s'engager de manière à bloquer la course relative inverse des deux pièces (6, 7). 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ce dispositif constitue en même temps un témoin visuel (24) d'engagement du système.