Brevet FR2984443A1 — publié le 20130621

B11-1190FR 1 Vis à rouleaux La présente invention concerne le domaine des mécanismes de vis à rouleaux permettant de transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation linéaire, et inversement. Un tel mécanisme est pourvu d'une vis comprenant un filetage extérieur, d'un écrou disposé autour de la vis et comprenant un filetage intérieur, et d'une pluralité de rouleaux longitudinaux en prise avec les filetages extérieur et intérieur de la vis et de l'écrou. Par rapport à un mécanisme de vis à billes, un mécanisme de vis à rouleaux a pour avantage principal de présenter des capacités de charge admissibles plus élevées. Un premier type de mécanisme de vis à rouleaux comprend des rouleaux présentant un filetage extérieur en prise avec les filetages extérieur et intérieur de la vis et de l'écrou. Les filetages des rouleaux et le filetage de l'écrou présentent des angles d'hélices identiques entre eux et différents de celui du filetage de la vis de sorte que, lorsque la vis tourne par rapport à l'écrou, les rouleaux tournent sur eux-mêmes et roulent autour de la vis sans se déplacer axialement à l'intérieur de l'écrou. Les rouleaux sont guidés en rotation parallèlement à l'axe de la vis par des dentures rapportées sur l'écrou et en prise avec des dentures desdits rouleaux. Un tel mécanisme est appelé vis à rouleaux satellites. Un deuxième type de mécanisme de vis à rouleaux présente un principe de fonctionnement analogue mais se différencie par une disposition inversée. Les angles d'hélice des filetages des rouleaux, de la vis et de l'écrou sont choisis de sorte que, lorsque la vis tourne par rapport à l'écrou, les rouleaux tournent sur eux-mêmes autour de la vis et se déplacent axialement dans l'écrou. Les rouleaux sont guidés en rotation parallèlement à l'axe de la vis par des dentures ménagées sur celle-ci et coopérant avec des dentures desdits rouleaux. Un tel mécanisme est appelé vis à rouleaux satellite inverse. Avec la conception actuelle des mécanismes de vis à rouleaux, les zones de contact des rouleaux sur d'une part les flancs du filetage de la vis et d'autre part sur les flancs du filetage de l'écrou sont relativement réduites. Ceci nécessite de limiter les capacités de charge des mécanismes de vis à rouleaux afin d'éviter l'apparition de concentration de contraintes. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un mécanisme de vis à rouleaux dans lequel, pour un diamètre donné, la capacité de charge est augmentée. Dans un mode de réalisation, le mécanisme de vis à rouleaux pourvu d'une vis comprenant un filetage extérieur, d'un écrou disposé autour et coaxialement à ladite vis, l'écrou comprenant un filetage intérieur, et d'une pluralité de rouleaux interposés entre la vis et l'écrou et comprenant chacun un filetage extérieur en prise avec les filetages extérieur et intérieur de ladite vis et dudit écrou. La vis ou l'écrou forme un élément mobile axialement par rapport aux rouleaux. Les flancs du filetage dudit élément mobile présentent en section droite un profil concave. Avantageusement, chaque flanc du filetage est formé d'un arc de cercle. Les flancs axialement en vis-à-vis du filetage peuvent être formés de deux arcs de cercle symétriques par rapport à un plan radial ou asymétriques. Dans un mode de réalisation, l'écartement axial des centres des arcs de cercle est compris entre 10% et 45% du rayon desdits arcs de cercle, et de préférence compris entre 13% et 23%, et notamment égal à 18%. De préférence, les flancs du filetage des rouleaux présentent en section droite un profil convexe et sont formés de deux arcs de cercle. Avantageusement, les rayons des arcs de cercle du filetage dudit élément mobile sont supérieurs ou égaux aux rayons des arcs de cercle du filetage des rouleaux. Dans un mode de réalisation, chaque rouleau comprend des dentures en prise avec des dentures de l'écrou, la vis étant mobile axialement par rapport aux rouleaux. Dans un autre mode de réalisation, chaque rouleau comprend des dentures en prise avec des dentures de la vis, l'écrou étant mobile axialement par rapport aux rouleaux. L'invention concerne également un vérin d'actionnement comprenant un moyen d'entraînement en rotation et un mécanisme de vis à rouleaux tel que défini précédemment, la vis du mécanisme étant couplée au moyen d'entraînement. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un mécanisme de vis à rouleaux selon un premier exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective éclatée du mécanisme de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe du mécanisme de la figure 1, - la figure 4 est une vue de détail de la figure 3, et - la figure 5 est une vue partielle en coupe d'un mécanisme de vis à rouleaux selon un second exemple de réalisation de l'invention. Sur les figures 1 à 3, un mécanisme de vis à rouleaux, référencé 10 dans son ensemble, comprend une vis 12, d'axe 14, pourvue d'un filetage 16 extérieur, un écrou 18 monté coaxialement autour de la vis 12 et pourvu d'un filetage 20 intérieur dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur du filetage 16 extérieur, et une pluralité de rouleaux 22 longitudinaux disposés radialement entre la vis et l'écrou. La vis 12 s'étend longitudinalement à travers un alésage cylindrique de l'écrou 18 sur lequel est formé le filetage 20 intérieur. Les rouleaux 22 sont identiques entre eux et répartis de manière régulière autour de la vis 12. Chaque rouleau 22 s'étend selon un axe 22a coaxial à l'axe 14 de la vis et comprend un filetage 24 extérieur en prise avec le filetage 16 de la vis et le filetage 20 de l'écrou. Le filetage de la vis 12 et de l'écrou 18 comprend chacun cinq entrée de départ de filetage et le filetage de chaque rouleau 22 comprend une entrée de départ de filetage. Le filetage 24 de chaque rouleau est prolongé axialement à chaque extrémité par une denture 26, 28 qui est elle-même prolongée axialement par un tourillon 30, 32 cylindrique s'étendant vers l'extérieur. Le mécanisme 10 comprend deux couronnes 34, 36 annulaires fixées dans une partie non filetée de l'alésage de l'écrou 18 et comprenant chacune intérieurement une denture 38, 40 respectivement en prise avec la denture 26, 28 des rouleaux pour leur synchronisation. Le mécanisme 10 comprend également deux bagues 42, 44 annulaires montées chacune radialement entre le filetage 16 de la vis et la couronne 34, 36 associée et comprenant une pluralité d'évidements cylindriques traversants (non référencés) qui sont répartis de manière régulière dans le sens circonférentiel et à l'intérieur duquel sont logés les tourillons 30, 32 des rouleaux. Les bagues 42, 44 permettent de porter les rouleaux 22 et de maintenir leur espacement circonférentiel régulier. Le mécanisme 10 comprend encore des joncs 46, 48 montés chacun dans une gorge prévue dans l'alésage de la couronne 34, 36 associée et prévus pour maintenir axialement la bague 42, 44 correspondante, et deux capots 50, 52 d'extrémité fixés dans l'alésage de l'écrou au voisinage desdites bagues. Les capots 50, 52 obturent axialement l'alésage de l'écrou et comprennent chacun un filetage coopérant avec le filetage 16 de la vis. Les filetages 24 des rouleaux et le filetage 20 de l'écrou présentent des angles d'hélice identiques entre eux et différents de celui du filetage 16 de la vis de telle sorte que, lorsque la vis 12 tourne par rapport à l'écrou 18, les rouleaux 22 tournent sur eux- mêmes et roulent autour de la vis 12 sans se déplacer axialement à l'intérieur de l'écrou 18. Les rouleaux 22 sont guidés en rotation parallèlement à l'axe 14 par les dentures 38, 40 des couronnes. La vis 12 est mobile axialement ou longitudinalement par rapport aux rouleaux 22. Comme illustré à la figure 4, les flancs du filetage de chaque rouleau présentent chacun en section droite un profil convexe formé d'un arc de cercle, les arcs de cercle délimitant lesdits flancs étant symétriques par rapport à un plan radial médian perpendiculaire à l'axe 22a des rouleaux et jointifs au niveau dudit plan. Les flancs 16a, 16b du filetage 16 de la vis présentent chacun en section droite un profil concave formé d'un arc de cercle, les arcs de cercle délimitant lesdits flancs étant symétriques par rapport à un plan radial médian perpendiculaire à l'axe 22a des rouleaux et jointifs au niveau dudit plan. Les centres Cl6a, Cl6b des flancs sont symétriques par rapport audit plan radial. Les centres Cl6a, Cl6b sont situés radialement entre la surface extérieure du filetage 16 et l'axe 22a des rouleaux. Le rayon R de chaque flanc 16a, 16b est supérieur ou égal au rayon (non représenté) du flanc convexe associé du rouleau 22. La prévision de flancs 16a, 16b concaves pour le filetage de la vis 12 permet d'augmenter les zones ou surfaces de contact des rouleaux 22 sur chaque flanc 16b, ou 16a, par rapport à une vis conventionnelle comprenant un filetage présentant en section droite un profil triangulaire délimité par deux flancs rectilignes en vis-à-vis. En fonctionnement, lors de la transmission des efforts, la pression de contact exercée par les flancs de chaque rouleau 22 sur les flancs 16b, ou 16a, du filetage de la vis est répartie une surface plus importante. Sur la figure, la pression de contact est modélisée schématiquement selon la théorie de Hertz. Grâce au profil du filetage de la vis 12 qui est mobile axialement par rapport aux rouleaux 22, la capacité de charge du mécanisme de vis à rouleaux est augmentée et le phénomène d'apparition de concentration de contraintes est limité. L'écartement axial e des centres Cl6a, Cl6b est compris entre 10% et 45% du rayon R desdits arcs, et de préférence compris entre 13% et 23%, et avantageusement égal à 18%. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'écartement axial e est égal à 18% du rayon R. Avec un tel écartement, les contraintes appliquées par les rouleaux 22 sur les flancs 16a, 16b de la vis sont réparties sensiblement sur toute la longueur du flanc. On obtient ainsi une meilleure répartition de contraintes. Le filetage 20 de l'écrou est radialement en regard du filetage 16 de la vis. Chaque flanc 20a, 20b du filetage 20 de l'écrou présente en section droite un profil concave formé d'un arc de cercle. Les arcs de cercle formant les flancs 20a, 20b sont symétriques par rapport au plan radial médian perpendiculaire à l'axe 22a des rouleaux. Dans l'exemple de réalisation illustré, le filetage 20 de l'écrou est symétrique par rapport au filetage 16 de la vis en considérant un plan axial contenant l'axe 22a des rouleaux. Les centres C20a, C20b des flancs sont symétriques par rapport audit plan radial et sont situés radialement entre la surface intérieure du filetage 20 et l'axe 22a des rouleaux. Le rayon R de chaque flanc 20a, 20b est supérieur ou égal au rayon (non représenté) du flanc convexe associé du rouleau 22. L'écartement axial e des centres C20a, C20b est égal à celui entre les centres Cl6a, Cl6b. Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 5 sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, l'écartement axial e' des centres Cl6a, Cl6b et des centres C20a, C20b est égal à 38% du rayon R' des arcs de cercle des flancs 16a, 16b, ledit rayon présentant une dimension supérieure à celle du rayon R du mode de réalisation précédent. Dans cette variante, le contact des rouleaux 22 sur chaque flanc 16b, ou 16a, du filetage de la vis est décentré vers le somment du filetage. Les contraintes appliquées par les rouleaux 22 sur les flancs 16a, 16b de la vis ne sont pas réparties sur toute la longueur du flanc. Dans les exemples de réalisation illustrés, les flancs 20a, 20b du filetage de l'écrou présentent chacun en section droite un profil concave. En variante, il pourrait cependant être possible de prévoir pour l'écrou un filetage présentant en section droite un profil triangulaire délimité par deux flancs rectilignes en vis-à-vis et reliés entre eux par un fond concave, ou encore un profil trapézoïdal. En effet, la demanderesse a déterminé que pour accroître la capacité de charge d'un mécanisme de vis à rouleaux, seulement la prévision d'un profil concave pour l'élément mobile par rapport aux rouleaux 22, en l'espèce la vis, est essentielle. Pour l'élément fixe par rapport aux rouleaux 22, en l'espèce l'écrou 18, il peut être prévu pour le filetage des flancs concaves ou encore des flancs rectilignes conventionnels. La présente invention a été illustrée sur la base d'un mécanisme de vis à rouleaux satellites. Pour un mécanisme de vis à rouleaux satellites inverse dans lequel l'écrou est mobile longitudinalement par rapport aux rouleaux et dans lequel la vis comprend des dentures en prise avec les dentures des rouleaux, le filetage de l'écrou comprend des flancs concaves tel que décrit précédemment pour la vis dans les modes de réalisation illustrés, les flancs du filetage de la vis pouvant être concaves ou rectilignes. REVENDICATIONS1. Mécanisme de vis à rouleaux pourvu d'une vis (12) comprenant un filetage extérieur (16), d'un écrou (18) disposé autour et coaxialement à ladite vis, l'écrou comprenant un filetage intérieur (20), et d'une pluralité de rouleaux (22) interposés entre la vis et l'écrou et comprenant chacun un filetage extérieur (24) en prise avec les filetages extérieur et intérieur de ladite vis et dudit écrou, dans lequel la vis (12) ou l'écrou (18) forme un élément mobile axialement par rapport aux rouleaux (22), caractérisé en ce que les flancs du filetage dudit élément mobile présentent en section droite un profil concave. 2. Mécanisme selon la revendication 1, dans lequel chaque flanc du filetage dudit élément mobile est formé d'un arc de cercle. 3. Mécanisme selon la revendication 2, dans lequel les flancs axialement en vis-à-vis du filetage sont formés de deux arcs de cercle symétriques par rapport à un plan radial. 4. Mécanisme selon la revendication 3, dans lequel l'écartement axial des centres (C16a, C16b) des arcs de cercle est compris entre 10% et 45% du rayon desdits arcs de cercle, et de préférence compris entre 13% et 23%, et notamment égal à 18%. 5. Mécanisme selon la revendication 2, dans lequel les flancs axialement en vis-à-vis du filetage sont formés de deux arcs de cercle asymétriques. 6. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel les flancs du filetage des rouleaux (22) présentent en section droite un profil convexe et sont formés de deux arcs de cercle. 7. Mécanisme selon la revendication 6, dans lequel les rayons des arcs de cercle du filetage dudit élément mobile sont supérieurs ou égaux aux rayons des arcs de cercle du filetage des rouleaux. 8. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque rouleau (22) comprend des dentures (26, 28) en prise avec des dentures (38, 40) de l'écrou, la vis (12) étant mobile axialement par rapport aux rouleaux. 9. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque rouleau (22) comprend des dentures (26, 28) en prise avec des dentures de la vis (12), l'écrou (18) étant mobile axialement par rapport aux rouleaux. 10. Vérin d'actionnement comprenant un moyen d'entraînement en rotation et un mécanisme de vis à rouleaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, la vis du mécanisme étant couplée au moyen d'entraînement.