Brevet FR3067780A1 — publié le 20181221

Domaine technique L'invention concerne le domaine des mécanismes de vis à rouleaux, qui permettent de transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation, et inversement. Technique antérieure Un mécanisme de vis à rouleaux comprend typiquement une vis, un écrou disposé autour de la vis coaxialement à celle-ci, et une pluralité de rouleaux interposés entre la vis et l'écrou et dont les axes longitudinaux sont parallèles à celui de la vis. La vis et les rouleaux sont munis de filetages extérieurs, et l'écrou d'un filetage intérieur. Les filetages des rouleaux sont en prises avec les filetages de la vis et de l'écrou. Le brevet FR 2980545 décrit des dispositifs ayant cette configuration, et plus particulièrement un mécanisme de vis à rouleaux satellites et un mécanisme de vis à rouleaux à recirculation. Les zones de contacts 20 respectent des géométries de contacts ponctuels obtenues par des profils de filetage non-conjugués les uns aux autres. Dans le cas du brevet FR 2980545, les filets des rouleaux présentent des flancs convexes en contact avec des sections droites des filets de la vis et de l'écrou. 25 Exposé de l'invention Les zones de contact des mécanismes de vis à rouleaux développés jusqu'ici se limitent, à charges nulles, à des géométries de contact ponctuel. Cependant, 30 la nature ponctuelle de ces zones de contact fait qu'en pratique des surfaces réduites supportent les efforts mécaniques apparaissant en cours d'utilisation des mécanismes de vis à rouleaux, limitant leurs capacités de charge et/ou leurs durées de vie. Le but de l'invention est de repousser les limites des mécanismes de vis à rouleaux en utilisant une 5 géométrie de contact curviligne. A cet effet, l'invention a pour objet un mécanisme de vis à rouleaux comprenant : - une vis munie d'un filetage extérieur ; - un écrou entourant coaxialement la vis et muni 10 d'un filetage intérieur ; et - des rouleaux chacun muni d'un filetage extérieur, chaque rouleau étant interposé entre la vis et l'écrou de sorte que les filetages des rouleaux s'engrènent dans les filetages de la vis et de l'écrou, mécanisme caractérisé 15 en ce que les filetages des rouleaux sont conjugués aux filetages de la vis et de l'écrou de sorte que, à charge nulle, les filetages des rouleaux coopèrent sur leurs deux flancs avec les filetages de la vis et de l'écrou selon une géométrie de contact à segment curviligne. Dans un tel mécanisme, basé sur des géométries de contact curvilignes, les efforts sont répartis sur des surfaces plus importantes que dans les cas de géométrie de contact ponctuel. En conséquence, des capacités de charges extrêmement élevées et/ou des durées de vie bien plus longue peuvent être obtenues. Les personnes familières du domaine apprécieront que des avances par tour plus importantes et/ou des optimisations de poids, de volume, de rendement et de fiabilités deviennent également réalisables. Le mécanisme de vis à rouleaux selon l'invention peut avantageusement présenter les caractéristiques suivantes : - au niveau des zones de contact, selon un premier mode de réalisation : - les filetages des rouleaux ont un profil droit, et - les filetages des rouleaux entrent en contact avec 5 les filetages de la vis et de l'écrou selon des segments de droites, - au niveau des zones de contact, selon un second mode de réalisation : - les filetages des rouleaux ont un profil convexe 10 et les filetages de la vis et de l'écrou ont un profil concave, ou - les filetages des rouleaux ont un profil concave et les filetages de la vis et de l'écrou ont un profil convexe, et 15 - les filetages des rouleaux entrent en contact avec les filetages de la vis et de l'écrou selon des segments de courbes, - les rouleaux entrent en contact avec la vis et l'écrou selon des segments de contact appartenant à des plans 20 ne comprenant pas un axe longitudinal de la vis, - une avance par tour du mécanisme est comprise entre zéro fois et une fois le diamètre de la vis, et - une avance par tour du mécanisme est comprise entre plus de une fois et quatre fois le diamètre de la vis. 25 L'invention peut s'étendre à un dispositif d'actionnement comprenant un mécanisme de vis à rouleaux par exemple pour transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation ou inversement. 30 Description sommaire des dessins La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les 5 dessins annexés, dans lesquels : la figure lA représente un éclaté d'un mécanisme à vis à rouleaux satellites comprenant une vis, des rouleaux, et un écrou ; les figures IB et 1C montrent les positionnements relatifs d'éléments du mécanisme 10 de la figure lA ; la figure 2A indique des coupes médianes du mécanisme de la figure IA à différentes distances à l'axe de la vis et montre des interfaces de contacts curvilignes vis/rouleau; les figures 2B et 2C illustrent des 15 agrandissements des coupes indiquées en Fig. 2A et un exemple comparatif pour le cas conventionnel de contacts ponctuels, respectivement ; la figure 3A indique des coupes médianes du mécanisme de la figure 1A à différentes distances à l'axe de la 20 vis et montre des interfaces de contacts curvilignes rouleau/écrou; les figures 3B et 3C illustrent des agrandissements des coupes indiquées en Fig. 2A et un exemple comparatif pour le cas conventionnel de contacts ponctuels, respectivement; 25 les figures 4A, 4E, 4C, 4D, 4E et 4F représentent des coupes en biais selon les plans de coupe indiqués dans les figures 2E et 3E ; les figures SA et 5E représentent des aires de contact et des allures de distributions de pressions dans le 30 cas de contacts sous charge pour des géométries de contact curviligne ou ponctuel, respectivement ; et - La figure 5C schématise un actionneur comprenant le mécanisme de vis à rouleaux de la figure 1A. Description d'un premier mode de réalisation 5 Le mécanisme de vis à rouleaux selon l'invention repose sur l'utilisation de filetages ayant des profils fonction les uns des autres, et plus particulièrement des profils conjugués les uns aux autres. Dans ce mode de réalisation, les filetages des 10 rouleaux ont des flancs présentant un profil droit dans les zones de contact avec la vis et l'écrou, et entrent en contact avec les filetages de la vis et de l'écrou selon des segments de droites. Cette géométrie peut s'illustrer par les figures 1A, 15 1B, 1C, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B et 5A. Les figures lA à 1C représentent un mécanisme de vis à rouleaux satellites, pris comme exemple pour illustrer les principaux éléments constituant un mécanisme de vis à rouleaux. Il doit être entendu que ni l'invention ni le 20 présent mode de réalisation ne se limitent à ce cas particulier. L'expression « vis à rouleaux » se réfère aussi bien aux vis à rouleaux satellites qu'aux vis à rouleau à pas zéro, aux vis à rouleaux à gorges ou vis à recirculation de rouleaux, aux vis inversées et aux vis 25 différentielles. La caractéristique essentielle des vis à rouleaux est que la vis et l'écrou interagissent via les rouleaux grâce aux zones de contact entre les filetages des rouleaux et ceux de la vis et de l'écrou. 30 Comme illustré par les figures 1A à 1C, un mécanisme de vis à rouleaux 100 comprend typiquement une vis 110, un écrou 130 disposé autour de la vis coaxialement à celle-ci, et une pluralité de rouleaux 120 interposés entre la vis et l'écrou et dont les axes longitudinaux sont parallèles à celui de la vis. La vis et les rouleaux sont munis de filetages 5 extérieurs, et l'écrou d'un filetage intérieur. Les filetages des rouleaux sont en prise avec les filetages de la vis et de l'écrou. En sus des éléments listés ci-dessus, un mécanisme de vis à rouleaux comprend également un dispositif de 10 maintien des rouleaux. Dans le cas d'un mécanisme de vis à rouleaux satellites comme celui illustrée en figure 1A, le dispositif de maintien comprend deux couronnes 140a et 140b munies respectivement de dentures intérieures 142a 15 et 142b dans lesquelles s'engrènent des dentures extérieures 122a et 122b situées aux extrémités des rouleaux 120 ; des bagues annulaires 150a et 150b montées entre la vis et les couronnes, comprenant des évidements cylindriques traversant 152a et 152b dans lesquels sont 20 logés des tourillons 124a et 124b prolongeant les extrémités des rouleaux correspondants ; et des joncs 160a et 160b montés chacun dans une gorge prévue dans une couronne correspondante de sorte à maintenir les bagues annulaires. 25 Lorsque la vis est en rotation, les rouleaux tournent sur eux-mêmes et autour de la vis, et entraînent un mouvement de translation de l'écrou. La figure 1C indique des plans de coupes longitudinales, i.e. parallèle à l'axe longitudinal 170 30 de la vis du mécanisme de la figure 1A. Des coupes longitudinales Am orthogonales au plan de la figure se situent à des distances DAm de l'axe longitudinal 170 de la vis et intersectent les segments de droite le long desquels les filets d'un des rouleaux et de la vis entrent en contact, m représentant un indice d'identification. 5 De façon similaire, des coupes longitudinales Bn orthogonales au plan de la figure se situent à des distances DBn de l'axe 170 de la vis et intersectent les segments de droite le long desquelles les filets d'un des rouleaux et de l'écrou entrent en contact, n représentant 10 un indice d'identification. En ce qui concerne l'interface vis/rouleau, trois coupes, Al, A2 et A3 telles que définies ci-dessus selon trois distances respectives DA1, DA2 et DA3 sont représentées en Figure 2A, avec DA1 REVENDICATIONS1. Mécanisme de vis à rouleaux comprenant : une vis (110) munie d'un filetage extérieur ; un écrou (130) entourant coaxialement la vis (130) et muni d'un filetage intérieur ; et - des rouleaux (120) chacun muni d'un filetage extérieur, chaque rouleau (120) étant interposé entre la vis (110) et l'écrou (130) de sorte que les filetages des rouleaux s'engrènent dans les filetages de la vis et de l'écrou, caractérisé en ce que : les filetages des rouleaux sont conjugués aux filetages de la vis et de l'écrou de sorte que, à charge nulle, les filetages des rouleaux coopèrent sur leurs deux flancs avec les filetages de la vis et de l'écrou selon une géométrie de contact à segment curviligne (SD ; SC). 2. Mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au niveau des zones de contact : - les filetages des rouleaux ont un profil droit, et - les filetages des rouleaux entrent en contact avec les filetages de la vis et de l'écrou selon des segments de droites (SD). 3. Mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au niveau des zones de contact : - les filetages des rouleaux ont un profil convexe et les filetages de la vis et de l'écrou ont un profil concave, ou 16 - les filetages des rouleaux ont un profil concave et les filetages de la vis et de l'écrou ont un profil convexe, et - les filetages des rouleaux entrent en contact avec 5 les filetages de la vis et de l'écrou selon des segments de courbes (SC). 4. Mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que les rouleaux 10 entrent en contact avec la vis et l'écrou selon des segments de contact (SD ; SC) appartenant à des plans ne comprenant pas un axe longitudinal (170) de la vis (110). 5. Mécanisme de vis à rouleaux selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une avance par tour du mécanisme est comprise entre zéro fois et une fois le diamètre de la vis (110). 6. Mécanisme de vis à rouleaux selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une avance par tour du mécanisme est comprise entre plus de une fois et quatre fois le diamètre de la vis (110). 7. Dispositif d'actionnement caractérisé en ce qu'il 25 comprend un mécanisme de vis à rouleau selon l'une quelconque des revendications précédentes.