Brevet FR3084124A1 — publié le 20200124

Mécanisme de vis à rouleaux équipé d'un capteur de type à ondes acoustiques de surface Domaine technique de l'invention 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. Etat de la technique antérieur 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 présentant un filetage extérieur en prise avec les filetages extérieur et intérieur de la vis et de l'écrou. De manière avantageuse, l'espace défini radialement entre l'écrou est la vis et dans lequel sont arrangés les rouleaux est clos de manière étanche et est pourvu de lubrifiant, en particulier de la graisse. Cette lubrification interne au mécanisme permet de limiter la température interne du mécanisme. La détérioration des parties mobiles, en particulier les surfaces de contact entre leurs filetages, est réduite afin de maintenir la qualité de la liaison mécanique de rotation et/ou de translation linéaire fournie par le mécanisme. La durée de vie des composants internes du mécanisme est accrue et le risque de casse, notamment en mode de fonctionnement, est réduit. Dans un type de mécanisme de vis à rouleaux appelé vis à rouleaux satellites, les filetages des rouleaux et le filetage de l'écrou présentent des angles d'hélice 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 l'intermédiaire de couronnes comprenant des dentures de synchronisation intérieures en prise avec des dentures extérieures desdits rouleaux. Il est connu d'équiper un tel mécanisme de vis à rouleaux de moyens afin d'assurer la mesure, le contrôle et l'analyse de paramètres clés des parties 2 mobiles dans ledit mécanisme. La connaissance de la valeur et des variations d'un paramètre tel la viscosité du lubrifiant permet de quantifier l'efficacité du mécanisme ainsi que ses conditions de fonctionnement, de détecter et d'anticiper les usures et éventuelles défaillances des parties mobiles. 5 Cependant, il est particulièrement complexe d'intégrer des capteurs dans un mécanisme de vis à rouleaux en raison des rotations et déplacement relatifs concomitant des différentes parties mobiles. De plus, le capteur doit être positionné dans un endroit pertinent et représentatif du paramètre mesuré dans le mécanisme. Dans le cas de la mesure de viscosité, il est 10 indispensable que le capteur soit logé dans l'espace radial étanche entre la vis et l'écrou, ce qui rend complexe son intégration. Résumé de l'invention La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. 15 Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un mécanisme de vis à rouleaux facile à fabriquer et présentant une durée de vie accrue. L'invention concerne un mécanisme de vis à rouleaux comprenant une vis avec un filetage extérieur, un écrou disposé autour et coaxialement à ladite vis, ledit écrou comprenant un filetage intérieur, et une pluralité de rouleaux 20 disposés dans un espace radial entre la vis et l'écrou et pourvus chacun d'un filetage extérieur en prise avec ledit filetage extérieur de la vis et ledit filetage intérieur de l'écrou. Les rouleaux sont également pourvus chacun de dentures extérieures à leurs extrémités et disposées axialement de part et d'autre du filetage extérieur. Le mécanisme de vis à rouleaux comprend également des 25 couronnes solidaires de l'écrou et pourvues de dentures de synchronisation intérieures en prise avec les dentures extérieures desdits rouleaux. Un lubrifiant est pourvu dans ledit espace radial. Selon l'invention, l'écrou est pourvu d'au moins une surface intérieure cylindrique disposée axialement entre une couronne et le filetage intérieur de 30 l'écrou. Le mécanisme de vis à rouleaux comprend également au moins un capteur de type à ondes acoustiques de surface afin de mesurer un paramètre physique du mécanisme. Ledit capteur est pourvu d'un support solide, d'une première série d'électrodes disposées sur ledit support et excitables électriquement afin de générer des ondes acoustiques se déplaçant à une 3 surface du support en contact avec le lubrifiant pour être reçues par une seconde série d'électrodes disposées sur ledit support et à distance axiale de la première série d'électrodes. Ledit au moins un capteur est disposé dans ladite au moins une surface intérieure cylindrique de l'écrou. 5 Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non obligatoires de l'invention, prises isolément ou en combinaison : Les couronnes pourvues des dentures de synchronisation sont rapportées chacune à une portion cylindrique non filetée de l'écrou. Les couronnes sont formées monobloc avec l'écrou, les dentures de 10 synchronisation étant formées dans l'écrou. Les rouleaux sont pourvus chacun, à chaque extrémité, d'un tourillon cylindrique s'étendant axialement vers l'extérieur à partir de la denture extérieure. Le mécanisme de vis à rouleaux comprend deux bagues annulaires 15 montées chacune radialement entre la vis et l'écrou et axialement de part et d'autre des rouleaux, et pourvues chacune d'une pluralité d'évidement cylindriques traversants répartis de manière régulière dans le sens circonférentiel et à l'intérieur desquels sont logés les tourillons des rouleaux. 20 - Le paramètre physique mesuré par le au moins un capteur est la température, la pression, ou la viscosité du lubrifiant. Le support solide du capteur de type à ondes acoustiques de surface est réalisé en matériau piézoélectrique. - Le capteur est monté à la surface intérieure d'une carte à circuit 25 imprimé flexible qui est logée dans la surface intérieure cylindrique de l'écrou. L'écrou est pourvu de deux surfaces cylindriques intérieures axialement de part et d'autre du filetage intérieur, chacune desdites surfaces étant pourvues d'au moins un capteur de type à ondes acoustiques 30 surfaciques. - La première série d'électrodes est destinée à être reliée à une alimentation électrique directement par des câbles électriques passant à travers l'écrou. 4 - La première série d'électrodes est destinée à être reliée à une alimentation électrique indirectement par radio fréquence, par exemple par un système de type communication en champ proche (en anglais « near-field communication »). 5 La seconde série d'électrodes est destinée à être reliée à un récepteur directement par des câbles électriques passant à travers l'écrou. L'invention concerne également un vérin d'actionnement comprenant un moyen d'entraînement en rotation et un mécanisme de vis à rouleaux selon l'une quelconque des modes de réalisations décrits précédemment, la vis étant 10 couplée au moyen d'entraînement. Brève description des dessins La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs, et 15 illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une vue en coupe axiale d'un mécanisme de vis à rouleaux selon l'invention ; - la Figure 2 est une vue du détail B de la Figure 1 ; - la Figure 3 est une vue en coupe selon l'axe I-I de la Figure 1 ; 20 la Figure 4 est une vue du détail A de la Figure 3 ; et la Figure 5 est une vue de dessus d'un capteur de type à ondes acoustiques de surface pour le mécanisme de la Figure 1. Description détaillée 25 Sur les Figures 1 à 4, un mécanisme de vis à rouleaux satellites, référencé 10 dans son ensemble, comprend une vis 12, d'axe X12, pourvue d'un filetage 14 extérieur, un écrou 16 monté coaxialement autour de la vis 12 et pourvu d'un filetage 18 intérieur dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur du filetage 14, et une pluralité de rouleaux 20 30 longitudinaux disposés dans un espace 22 défini radialement entre la vis 12 et l'écrou 16. La vis 12 s'étend longitudinalement à travers un alésage cylindrique de l'écrou 16 sur lequel est formé le filetage 18 intérieur. De manière particulièrement avantageuse, l'espace 22 radial est pourvu de lubrifiant, par exemple de graisse. 5 Les rouleaux 20 sont identiques entre eux et répartis de manière régulière dans le sens circonférentiel autour de la vis 12. Chaque rouleau 20 s'étend selon un axe X20 parallèle à l'axe X12 de la vis 12, et comprend un filetage extérieur 24 en prise avec le filetage 14 extérieur de la vis 12 et le 5 filetage 18 intérieur de l'écrou 16. Chaque rouleau 20 comprend en outre, à chaque extrémité longitudinale, une denture 26, 28 extérieure et un tourillon 30, 32 cylindrique s'étendant axialement vers l'extérieur à partir de la denture. Les dentures 26, 28 sont disposées axialement de part et d'autre du filetage extérieur 24. Les dentures 10 26, 28 comprennent chacune une pluralité de dents radiales identiques entre elles et espacées les unes par rapport aux autres de manière régulière dans le sens circonférentiel. Dans l'exemple illustré, les surfaces extérieures des dentures 26, 28 sont taraudées de manière à pouvoir s'engager avec le filetage 14 extérieur de la vis 12. Selon un mode de réalisation alternatif, les 15 surfaces extérieures des dentures 26, 28 peuvent être des portions cylindriques et décalées radialement par rapport au filetage 14 extérieur de la vis 12. Le mécanisme 10 est également pourvu de deux couronnes 34, 36 pourvues chacune de dentures 38, 40 intérieures, respectivement. Les 20 couronnes 34, 36 sont disposées radialement entre la vis 12 et l'écrou 16, et axialement de part et d'autre du filetage 18 intérieur de l'écrou 16. Dans l'exemple illustré, les couronnes 34, 36 sont rapportées chacune à une portion cylindrique non filetée de l'écrou 16. L'alésage de l'écrou 16 est étagé afin de recevoir lesdites couronnes 34, 36 avec un encombrement radial réduit. Les 25 couronnes 34, 36 sont solidaires de l'écrou 16 par tout moyen de fixation approprié, par exemple par des vis ou des rivets. Selon un mode de réalisation alternatif, les couronnes 34, 36 sont formées monobloc avec l'écrou 16, les dentures intérieures étant alors formées sur l'alésage dudit écrou axialement de part et d'autre du filetage 18 intérieur de l'écrou 16. Chaque denture 38, 30 40 intérieure est respectivement en prise avec la denture 26, 28 extérieure des rouleaux 20 pour leur synchronisation dans leur mouvement de rotation autour de la vis 12. Les dentures 38, 40 intérieures des couronnes 34, 36 sont identiques. 6 Le mécanisme 10 comprend encore deux bagues 42, 44 annulaires montées chacune radialement entre le filetage 14 de la vis 12 et l'écrou 16 et décalée axialement vers l'extérieur par rapport à la couronne 34, 36 associée. Chaque bague 42, 44 est montée axialement dans une portion de la couronne 5 34, 36 correspondante en étant libre dans le sens circonférentiel par rapport auxdites couronnes et à l'écrou. Chaque bague 42, 44 comprend une pluralité d'évidements 46, 48, respectivement, cylindriques traversants qui sont répartis de manière régulière dans le sens circonférentiel et à l'intérieur desquels sont logés les tourillons 30, 32 cylindriques des rouleaux 20. Les 10 rouleaux 20 sont ainsi maintenus selon un espacement circonférentiel régulier. Le mécanisme 10 comprend également des joncs 50, 52 montés chacun dans une gorge (non référencée) ménagée dans une portion de la couronne 34, 36 correspondante, et prévus pour maintenir axialement la bague 42, 44 correspondante. 15 Conformément à l'invention, l'écrou 16 est pourvu de deux portions 54, 56 d'alésage ayant une surface intérieure cylindrique. Une première portion 54 intérieure cylindrique est disposée axialement entre la couronne 34 et le filetage 18 intérieur de l'écrou 16, et une seconde portion 56 intérieure cylindrique est disposée axialement entre la couronne 36 et le filetage 18 20 intérieur de l'écrou 16. Les deux portions 54, 56 encadrent axialement le filetage 18. Les surfaces intérieures cylindriques des portions 54, 56 sont décalées radialement par rapport aux rouleaux 20 de manière à former des espaces radiaux annulaires de part et d'autre axialement des filetages 18, 24 de l'écrou 16 et des rouleaux 20, respectivement. 25 Le mécanisme 10 de vis à rouleaux comprend également deux capteurs 60, 62 de type à ondes acoustiques de surface afin de mesurer un paramètre physique du mécanisme. Le paramètre physique mesuré par le au moins un capteur est la température, la pression, ou la viscosité du lubrifiant pour à l'espace 22 radial entre la vis 12 et l'écrou 16 dans lequel sont logés les 30 rouleaux 20. Seul le capteur 62 est illustré en détail en Figures 2, 4 et 5, le capteur 60 étant similaire. Le capteur 62 est pourvu d'un support solide 64. Le support solide 64 est avantageusement réalisé en matériau piézoélectrique. Le support 64 est monté à la surface intérieure d'une carte à circuit imprimé 70 flexible 7 qui est logée dans la surface intérieure cylindrique de la portion 56 d'alésage de l'écrou 16. Le support 64 est avantageusement solidaire de la carte 70, par exemple par collage. La carte 70 est avantageusement annulaire dans la portion 56 de l'écrou 16. La carte 70 est avantageusement solidaire de ladite 5 portion 56, par exemple par collage. Le capteur 62 comprend également une première série d'électrodes 66 disposées sur ledit support 64. Ces électrodes 66 sont excitables électriquement afin de générer des ondes acoustiques se déplaçant à une surface du support 64 en contact avec le lubrifiant pour être reçues par une 10 seconde série d'électrodes 68 disposées sur ledit support 64. La seconde série d'électrodes 68 est disposée à distance axiale de la première série d'électrodes 66, de manière à former une surface de propagation pour les ondes acoustiques. Les électrodes de la première série 66 sont connectées à une alimentation 15 électrique (non représentée) extérieure au mécanisme 10. Ladite connexion peut être direct, par l'intermédiaire de câbles électriques passant à travers l'écrou 16, ou indirect, par l'intermédiaire de radio fréquence, par exemple par un système de type communication en champ proche (en anglais « near-field communication »). Ledit au moins un capteur est disposé dans ladite au moins 20 une surface intérieure cylindrique de l'écrou. Les électrodes de la seconde série 68 sont connectées à un récepteur (non représenté) extérieur au mécanisme 10. De manière similaire, la connexion peut être directe ou indirecte. La capteur 62 fonctionne de la manière décrite ci-après. Lorsque les 25 électrodes de la première série 66 sont excitées électriquement par une alimentation électrique, lesdites électrodes génèrent des ondes acoustiques. Ces ondes acoustiques se propagent en direction de la seconde série d'électrodes 68, dans l'espace axial défini entre les deux séries 66, 68, et à la surface du support 64 en matériau piézoélectrique. Ces ondes se propagent 30 donc sur une surface en contact direct avec le lubrifiant, et va donc être affectée par les conditions physiques dudit lubrifiant. Dans le cas où la viscosité du lubrifiant est le paramètre physique à mesurer, la fréquence de résonance et l'amplitude des ondes de surface vont être directement modifiées en fonction de la valeur de la viscosité. La seconde série d'électrodes 68 8 reçoivent ces ondes acoustiques à l'issue de leur propagation. Les caractéristiques de ces ondes, en particulier la fréquence de résonance et l'amplitude, vont alors être transmises par ces électrodes réceptrices 68 vers un récepteur extérieur au mécanisme 10. Ces caractéristiques des ondes 5 reçues vont alors être analysées et, par corrélation, le paramètre physique du lubrifiant souhaité peut être déduit. Le capteur 60 est monté dans la portion 54 de l'écrou 16, et a une structure similaire au capteur 62. Grâce à une structure d'écrou 16 pourvue de deux surfaces cylindriques intérieures de portions 54, 56 d'alésage axialement 10 de part et d'autre du filetage intérieur 18, chacune desdites portions 54, 56 étant pourvues d'au moins un capteur 60, 62 de type à ondes acoustiques surfaciques, il est possible de procéder à de mesures d'un paramètre du mécanisme 10, et plus précisément du lubrifiant dans l'espace 22, dans les deux directions axiales de translation de la vis 12. 15 En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation peuvent être, en totalité et seulement pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Ainsi, le mécanisme de vis à rouleaux peut être adapté en termes de coûts, REVENDICATIONS1. Mécanisme (10) de vis à rouleaux comprenant : - une vis (12) avec un filetage extérieur (14), - un écrou (16) disposé autour et coaxialement à ladite vis (12), ledit écrou (16) comprenant un filetage intérieur (18), - une pluralité de rouleaux (20) disposés dans un espace radial (22) entre la vis (12) et l'écrou (16), et pourvus chacun d'un filetage extérieur (24) en prise avec ledit filetage extérieur (14) de la vis (12) et ledit filetage intérieur (18) de l'écrou (16), et également pourvus chacun de dentures extérieures (26, 28) à leurs extrémités et disposées axialement de part et d'autre du filetage extérieur (24), - des couronnes (34, 36) solidaires de l'écrou (16) et pourvues de dentures de synchronisation (38, 40) intérieures en prise avec les dentures extérieures (26, 28) desdits rouleaux (20), et - un lubrifiant pourvu dans ledit espace radial (22), caractérisé en ce que l'écrou (16) est pourvu d'au moins une surface intérieure (54, 56) cylindrique disposée axialement entre une couronne (34, 36) et le filetage intérieur (18) de l'écrou (16), le mécanisme (10) de vis à rouleaux comprenant au moins un capteur (60, 62) de type à ondes acoustiques de surface afin de mesurer un paramètre physique dudit mécanisme (10) et disposé dans ladite au moins une surface intérieure cylindrique (54, 56) de l'écrou (16), ledit capteur (60, 62) étant pourvu d'un support solide (64), d'une première série d'électrodes (66) disposées sur ledit support (64) et excitables électriquement afin de générer des ondes acoustiques se déplaçant à une surface du support (64) en contact avec le lubrifiant pour être reçues par une seconde série d'électrodes (68) disposées sur ledit support (64) et à distance axiale de la première série d'électrodes (66). 2. Mécanisme selon la revendication 1, dans lequel le paramètre physique mesuré par le au moins un capteur (60, 62) est la température, la pression, ou la viscosité du lubrifiant. 10 3. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support (64) du capteur (60, 62) de type à ondes acoustiques de surface est réalisé en matériau piézoélectrique. 5 4. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur (60, 62) est monté à la surface intérieure d'une carte à circuit imprimé (70) flexible qui est logée dans la surface intérieure cylindrique (54, 56) de l'écrou (16). 10 5. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'écrou (16) est pourvu de deux surfaces cylindriques intérieures (54, 56) axialement de part et d'autre du filetage intérieur (18), chacune desdites surfaces étant pourvues d'au moins un capteur (60, 62) de type à ondes acoustiques surfaciques. 15 6. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les couronnes (34, 36) pourvues des dentures de synchronisation (38, 40) sont rapportées chacune à une portion cylindrique non filetée de l'écrou (16). 20 7. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les couronnes sont formées monobloc avec l'écrou (16), les dentures de synchronisation étant formées dans l'écrou (16). 25 8. Vérin d'actionnement comprenant un moyen d'entraînement en rotation et un mécanisme de vis à rouleaux selon l'une quelconque revendications précédentes, la vis (12) étant couplée au moyen d'entraînement.