Brevet FR2951514A1 — publié le 20110422

VIS A ROULEAUX DIFFERENTIELLE La présente invention concerne le domaine des vis à roulements et plus particulièrement les vis à rouleaux. L'invention concerne le domaine des vis à rouleaux capables de supporter de très fortes charges tout en offrant une précision de réglage du mouvement en translation performante. Les vis à rouleaux sont utilisées pour transformer des mouvements de rotation en déplacements linéaires et réciproquement. Les éléments de roulements sont des rouleaux filetés disposés entre une vis et un écrou. Les rouleaux sont espacés et sont compris dans un anneau cylindrique autour de la vis, ils sont également appelés "vis à rouleaux satellites". Le grand nombre de points de contact permet généralement à la vis à rouleaux satellites de supporter de très fortes charges. Actuellement, les vis à rouleaux sont préférées aux vis à billes dans certaines applications. Notamment, elles confèrent un avantage vis-à-vis des vis à billes lorsque les capacités de charge statique et dynamique admissibles sont plus élevées. Les rouleaux filetés assurent la fonction de roulement à la place des billes, la charge est partagée par un plus grand nombre de points de contact. En outre, la vis à rouleaux peut avoir des pas correspondant à des chiffres entiers ou à des nombres réels, ce qui est un avantage pour chiffrer la réduction des efforts et le calcul des distances en translation. Le choix du pas est libre, il peut être réalisé sans modification particulière de la géométrie de l'écrou ou de la vis. Plusieurs types de vis à rouleaux existent. Notamment, on trouve des vis à rouleaux sans recirculation des rouleaux, des vis à rouleaux avec recirculation des rouleaux et d'autres aménagements tels que les vis à rouleaux inversés. Une vis à rouleaux sans recirculation des rouleaux comprend un écrou qui possède un filetage intérieur identique à celui de la vis. Les rouleaux possèdent un filetage à une entrée, dont l'angle d'hélice correspond à celui de l'écrou. II ne se produit ainsi aucun déplacement axial entre l'écrou et les rouleaux. Une recirculation des rouleaux n'est donc pas nécessaire. Une vis à rouleaux avec recirculation des rouleaux comprend un filet. L'écrou possède un filetage identique au filetage de la vis. Les rouleaux ne possèdent pas de filet, mais des gorges disposées perpendiculairement à l'axe de la vis. La distance entre les gorges correspond au pas apparent de la vis et de l'écrou. Lors d'une rotation de la vis ou de l'écrou, les rouleaux se déplacent axialement dans l'écrou. Après un tour complet, chaque rouleau est ramené dans la position initiale par deux cames fixées aux extrémités de l'écrou. Cette recirculation des rouleaux est rendue possible par une rainure longitudinale dans l'écrou. La figure 1 représente un cas de réalisation d'une telle vis à rouleaux. Une vis à rouleaux 100 comprend une pluralité de rouleaux 102 compris dans une structure 103 permettant d'assurer une bonne répartition des charges en maintenant un espacement entre les rouleaux et en assurant le contact d'une part entre les rouleaux 102 et la vis 100 et d'autre part entre les rouleaux 102 et l'écrou 101 qui possède un filetage intérieur. L'ensemble formé par la structure 103, les rouleaux 102 et l'écrou 101 est maintenu entre deux cames 104 permettant aux rouleaux de revenir dans leur position initiale après un tour complet. Une vis à rouleaux inversés possède un filet. L'écrou possède un filetage identique au filetage de la vis. Le mouvement cinématique est inversé car dans ce cas, c'est l'écrou qui translate sous l'effet de rotation de la vis. Aujourd'hui les capacités de réduction des vis sont limitées par la réalisation des pas. A titre d'exemple 0.5 mm est la précision en translation atteinte par les vis de l'art antérieur. De plus, un besoin de forte réduction est incompatible d'une capacité de reprise d'une forte charge, car la section des filets est réduite. Cette incompatibilité oblige à augmenter fortement le diamètre de la vis, la longueur des rouleaux et leur nombre. Donc pour un roulement offrant une forte réduction et une capacité de reprise d'une forte charge, la vis à roulements devient encombrante. Un but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. Notamment, l'invention permet d'augmenter la capacité de réduction d'une vis à rouleaux sans dégrader sa capacité de reprise de 15 charge. Pour cela l'adjonction d'un deuxième étage travaillant en différentiel est nécessaire. Ce dernier étage permet de conserver un encombrement réduit, le diamètre de la vis n'étant pas augmenté. L'invention permet donc un nouvel aménagement augmentant le 20 rapport de réduction sans en dégrader les performances. Avantageusement, la vis à rouleaux différentielles comprend un écrou extérieur, des éléments de roulements comprenant un premier ensemble de rouleaux filetés, le filetage étant réalisé selon un premier pas et 25 un premier sens, le premier ensemble étant disposé dans un premier anneau cylindrique autour de la vis. Avantageusement, la vis comprend un second ensemble de rouleaux filetés, le filetage étant réalisé selon un second pas et un second sens opposé au premier sens, le second ensemble étant disposé dans un 30 second anneau cylindrique, les deux anneaux cylindriques étant coaxiaux, et un élément intermédiaire cylindrique étant disposé entre les deux ensembles de rouleaux, l'élément intermédiaire comprenant un premier filetage intérieur correspondant au premier pas et un second filetage extérieur correspond au second pas. 10 35 Avantageusement, dans un mode de réalisation le filetage des rouleaux est hélicoïdale. Dans un autre mode de réalisation, le filetage des rouleaux est cylindrique. Avantageusement, dans un mode de réalisation la section des filetages des rouleaux est triangulaire et dans un autre mode de réalisation, la section des filetages est circulaire formant une gorge dans laquelle des billes assurent un contact entre la vis et/ou l'écrou extérieur et/ou la partie intermédiaire. Avantageusement, l'élément intermédiaire est entrainé en rotation par un moteur, l'élément intermédiaire effectuant un mouvement en translation selon le premier sens, l'écrou étant entrainé dans en translation dans le second sens, la vis étant fixe. Avantageusement, l'élément intermédiaire est entrainé en rotation par un moteur, l'élément intermédiaire étant lié au moteur et assurant son guidage en rotation, l'élément intermédiaire effectuant un mouvement en translation selon le premier sens, la vis étant entrainée dans en translation dans le second sens, l'écrou étant fixe. Avantageusement, l'écrou est un moyeux. Avantageusement, les rouleaux sont à recirculation, les rouleaux 20 comprenant une came et un doigt de blocage. Avantageusement, les rouleaux comprennent deux parties circulaires filetées à chaque extrémité du rouleau, la partie centrale du rouleaux ayant un rayon plus petit que les parties filetées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent : • la figure 1 : une vis à rouleaux de l'art antérieur comportant un étage de rouleaux ; • la figure 2 : une vis différentielle selon l'invention comportant une pièce intermédiaire et deux étages de rouleaux ; • la figure 3 : une première vue détaillé d'une vis différentielle de l'invention 25 30 • la figure 4 : une seconde vue détaillé d'une vis différentielle de l'invention; • La figure 5 : une variante de réalisation d'une vis différentielle de l'invention. La figure 2 représente deux configurations d'une vis à rouleaux selon l'invention. La première configuration représente une vis à rouleaux dans un premier état, dit "état initial". La seconde configuration représente la vis à rouleaux lorsque le moteur M a généré une translation entre la vis et l'écrou, la vis à rouleaux est donc dans un second état, dit "état final". Dans ces configurations, la vis 1 est fixe, c'est-à-dire bloquée en rotation et en translation à une partie fixe 6. L'écrou 2 est bloqué en rotation par une partie fixe en rotation 1 mais peut se déplacer en translation. Une pièce intermédiaire 7 est entrainée par un moteur 5 en rotation et peut se déplacer en translation. Dans la première configuration, la vis 3 est fixée à une partie fixe 6. La pièce intermédiaire 7 est tubulaire et creuse, elle entoure la vis. La pièce intermédiaire 7 de l'invention est filetée sur son diamètre extérieur d'un pas P2 et taraudée sur son diamètre intérieur d'un pas P1 inversé au premier. La pièce intermédiaire 7 est liée à la vis centrale par l'intermédiaire d'un premier ensemble de rouleaux périphériques 4 de pas P1 et à l'écrou extérieur 2 par un second ensemble de rouleaux périphériques 4' de pas P2. Lorsque la pièce intermédiaire 1 est entraînée en rotation, elle se déplace d'un mouvement linéaire de P1/tour dans un premier sens dit sens négatif. L'écrou externe se déplace de P2/tour en sens inverse du premier sens, dit sens positif. Le mouvement relatif de l'écrou par rapport à la vis est donc la somme des deux mouvements de translations qui sont opposés. Le mouvement de translation de l'écrou par rapport à la vis est donc fortement réduit car il résulte d'une différence de pas entre P1 et P2. Une pièce 5 permet le passage de l'énergie motrice à la pièce intermédiaire 7. La pièce intermédiaire 7, qui est originellement à une distance L de la pièce fixe 6, se translate sous l'impulsion du moteur M. La pièce intermédiaire 7 se déplace sur un tour et se situe à une nouvelle distance L'=L-Pl de la partie fixe 6. L'écrou 1 qui est à une distance H de la pièce fixe 6 tourne sous l'impulsion de la rotation de la pièce intermédiaire par le biais des rouleaux 4'. Après un tour complet de la pièce intermédiaire 7, l'écrou est translaté, il se situe à une nouvelle distance H'= H+ P2-P1. On a donc le différentielle de translation entre l'écrou et la vis qui est 10 calculée après la rotation par la distance H'-H qui est égale à P2-P1. L'invention permet de choisir une différence de pas entre P1 et P2 très faible en choisissant notamment des pas P1 et P2 proches. De ce fait, la précision du rapport de réduction est très nettement améliorée. 15 Un exemple de réalisation comprend une vis 3 de pas P1 égal à l mm et un écrou de pas intérieur de 0,9mm. Cette configuration permet d'obtenir une différence de pas de 0,1mm. C'est-à-dire que lorsque la pièce intermédiaire a réalisé un tour complet, la translation de l'écrou par rapport à 20 la vis est de 0,lmm. La figure 3 représente une coupe du dispositif de l'invention comprenant une vis 3, un premier ensemble de rouleaux périphériques 4 de pas P1 en contact d'une part avec la vis 3 et d'autre part avec une pièce 25 intermédiaire 7 tubulaire et creuse comprenant un pas intérieur P1 et un pas extérieur P2. Un second ensemble de rouleaux périphériques 4' est en contact d'une part avec la partie extérieure de la pièce intermédiaire 7 et d'autre part avec la partie intérieure d'un écrou 2. 30 La figure 4 représente une coupe détaillée d'une variante de réalisation de la figure 2. Elle représente une vis 3 de pas P1, un premier ensemble de rouleaux périphériques 4 de pas P1, une pièce intermédiaire 7 comprenant un pas P1 intérieur P1 et un pas extérieur P2, le second ensemble de rouleaux périphériques 4' de pas P2 et l'écrou 2 de pas 35 intérieur P2. Une variante représentée sur la figure 4 de l'utilisation des rouleaux comportant un diamètre moyen constant est l'utilisation de rouleaux comportant : ^ d'une part deux parties cylindriques 41 filetées en périphérique, ces parties ayant un premier diamètre moyen et une largeur prédéterminée et ; ^ d'autre part une partie centrale 40 creusée et non filetée dont le rayon est plus petit que celui des parties périphériques. La partie centrale creusée 40 permet d'offrir une solution adaptée à des besoins de reprise de couple important. Cette géométrie permet de réduire le couple résistant dû au défaut des rouleaux de la vis. Les parties périphériques sont en contact avec les autres pièces, notamment avec la pièce intermédiaire 7. En revanche la partie creusée n'est 15 pas en contact avec la pièce intermédiaire 7. Ces rouleaux permettent d'assurer un bon contact et une bonne transmission des efforts tout en maintenant une précision de déplacement en translation. 20 La figure 5 représente une variante réalisation de l'invention. Dans cette variante la vis 3 est libre en translation et fixe en rotation. L'écrou représenté par un moyeux 50 est fixe en rotation et en translation et la partie intermédiaire 7 est libre en rotation et en translation. Le moteur comprend une partie fixe 51, le stator, liée au moyeux et 25 une partie amovible 52, le rotor, qui entraine la partie intermédiaire 7 en rotation. La vis 3 effectue un mouvement différentiel de P1-P2 sous l'effet du moteur. Le moyeux 50 étant fixe, le déplacement relatif de la vis par rapport au moyeux correspond à la différence de pas entre P1 et P2. 30 L'invention comporte de nombreux avantages. Notamment l'invention permet d'augmenter les capacités de tenue et de rigidité. En particulier, le gerbage est quasiment nul. Un autre avantage est la grande capacité de réduction. L'invention 35 permet également d'obtenir de grandes performances de tenue, de rigidité, de réduction et de capacité d'irréversibilité tout en maintenant un encombrement réduit du dispositif. Enfin un dernier avantage est la possibilité de suppression des roulements par la présence de rouleaux. Cette voie permet de réaliser des 5 vérins électriques ou des mécanismes complets sans aucun roulements. Dans un autre mode de réalisation les sections de filetage peuvent être circulaires. Les contacts d'une part entre la vis 3 et les rouleaux 4 et d'autre part entre les rouleaux 4 et la partie intermédiaire 7 étant assuré par ~o des billes. Les billes sont alors guidées dans une cavité formant une gorge dont la section est sensiblement circulaire tout le long du filetage hélicoïdale. REVENDICATIONS1. Vis à rouleaux différentielles comprenant un écrou extérieur, des éléments de roulements comprenant un premier ensemble de rouleaux filetés, le filetage étant réalisé selon un premier pas et un premier sens, le premier ensemble étant disposé dans un premier anneau cylindrique autour de la vis, caractérisé en ce qu'elle comprend un second ensemble de rouleaux filetés, le filetage étant réalisé selon un second pas et un second sens opposé au premier sens, le second ensemble étant disposé dans un second anneau cylindrique, les deux anneaux cylindriques étant coaxiaux, et un élément intermédiaire cylindrique étant disposé entre les deux ensembles de rouleaux, l'élément intermédiaire comprenant un premier filetage intérieur correspondant au premier pas et un second filetage extérieur correspond au second pas. 2. Vis à rouleaux différentielles selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filetage des rouleaux est hélicoïdale. 3. Vis à rouleaux différentielles selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filetage des rouleaux est cylindrique. 4. Vis à rouleaux différentielles selon l'une quelconque des 25 revendications 2 à 3, caractérisé en ce que la section des filetages des rouleaux est triangulaire. 5. Vis à rouleaux différentielles selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que la section des filetages est 30 circulaire formant une gorge dans laquelle des billes assurent un contact entre la vis et/ou l'écrou extérieur et/ou la partie intermédiaire. 6. Vis à rouleaux différentielles selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire est 35 entrainé en rotation par un moteur, l'élément intermédiaire effectuant20un mouvement en translation selon le premier sens, l'écrou étant entrainé dans en translation dans le second sens, la vis étant fixe. 7. Vis à rouleaux différentielles selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire est entrainé en rotation par un moteur, l'élément intermédiaire étant lié au moteur et assurant son guidage en rotation, l'élément intermédiaire effectuant un mouvement en translation selon le premier sens, la vis étant entrainée dans en translation dans le second sens, l'écrou étant 1 o fixe. 8. Vis à rouleaux différentielles selon l'une quelconque des revendications 1, 6 et 7, caractérisé en ce que l'écrou est un moyeux. 15 9. Vis à rouleaux différentielles selon l'une quelconque des revendications 1, 6 et 7, caractérisé en ce que les rouleaux sont à recirculation, les rouleaux comprenant une came et un doigt de blocage. 20 10.Vis à rouleaux différentielles selon l'une des revendications 1, 6 et 7, caractérisé en ce que les rouleaux comprennent deux parties circulaires filetées à chaque extrémité du rouleau, la partie centrale du rouleaux ayant un rayon plus petit que les parties filetées. 25