Brevet FR3095487A1 — publié le 20201030

Description Titre de l'invention : MÉCANISME DE VIS A ROULEAUX SA- TELLITES Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des vis à rouleaux satellites. Technique antérieure [0002] Un mécanisme de vis à rouleaux satellites comprend typiquement une vis (pièce mâle) munie d'un filet externe, un écrou (pièce femelle) entourant coaxialement la vis et muni d'un filet interne, des rouleaux chacun muni d'un filet externe et interposé entre le filet externe de la vis et le filet interne de l'écrou; lesquels rouleaux sont regroupés et guidés par des portes-rouleaux appelés communément des guides ou des bagues d'espacement, lesquels sont montés coaxialement à la vis entre celle-ci et l'écrou. [0003] Dans le cas d'une vis à rouleaux satellites dite «standard», les guides sont montés de manière à former avec l'écrou et les rouleaux un sous-ensemble mécanique entièrement séparable de la vis et capable de se déplacer axialement le long de celle-ci. Tandis que dans le cas d'une vis à rouleaux satellites dite «inversée», les guides sont montés de manière à former avec la vis et les rouleaux un sous-ensemble mécanique entièrement séparable de l'écrou et pouvant se déplacer axialement à l'intérieur de celui-ci. [0004] Le brevet US 9267587 B2 divulgue des extrémités de rouleaux faites de tourillons qui coopèrent avec des orifices circulaires faisant office de paliers, lesquels orifices sont aménagés dans des guides chacun bloqué ou immobilisé en translation, vers l'extérieur de l'écrou, par un jonc élastique ou un circlip. De tels guides assurent le maintien en position axiale, radiale et angulaire des rouleaux selon que l'on retire ou insère, suivant le type de mécanisme de vis à rouleaux satellites, l'écrou ou la vis lors des opérations de montage ou de démontage. [0005] Ainsi, la fonction des guides est double : maintenir les rouleaux en position et assurer en permanence entre ces derniers un écartement angulaire identique dans le temps. [0006] Les documents FR 2942016 B1 et EP 2792907 Al divulguent un mécanisme de vis à rouleaux satellites comportant un autre type de guides, dits ouverts, possédant des encoches radiales en forme de «U» et autocentrées, d'une part ne nécessitant pas de moyens complémentaires pour leur immobilisation et, d'autre part, permettant de maximiser la longueur utile du filetage sur la partie centrale des rouleaux. Exposé de l'invention [0007] Les guides à encoches radiales et autocentrées des documents FR 2942016 B1 et EP 2 2792907 Al présentent l'inconvénient de ne pas assurer, à l'inverse de ceux du brevet US 9267587 B2, le maintien des rouleaux lorsque la vis est retirée de l'écrou ou lorsqu'elle y est insérée. Les rouleaux se désolidarisent alors des guides ouverts parce que lesdits rouleaux peuvent glisser librement et radialement, sous l'effet de leur poids propre, le long des ouvertures que constituent les encoches en forme de «U» et, tomber au sein de l'écrou dans le cas d'une vis à rouleaux standard ou tomber à l'extérieur de la vis dans le cas d'une vis à rouleaux inversée ; la raison étant que l'ouverture des desdites encoches est supérieure ou égale au diamètre des tourillons des rouleaux avec lesquels ils coopèrent. Ces guides ouverts nécessitent alors l'utilisation d'un outil additionnel approprié, qui retient les rouleaux en position, de façon provisoire ou permanente, dans les desdites encoches. Ce qui s'avère préjudiciable à des opérations de montage et de démontage puisque représentant un coût considérable d'outillage en termes de fabrication et de maintenance des mécanismes de vis à rouleaux satellites équipés desdits guides ouverts; ou nécessitant des précautions particulières pour lesdites opérations, rendant celles-ci difficiles ou extrêmement délicates. [0008] Un mécanisme de vis à rouleaux selon l'invention propose une amélioration des guides ouverts à encoches qui garantissent le maintien des rouleaux en position et évitent une désolidarisation desdits rouleaux de ces guides. [0009] Un mécanisme de vis à rouleaux satellites selon l'invention comprend une vis munie d'un filet externe; un écrou entourant coaxialement la vis et muni d'un filet interne; des rouleaux chacun muni d'un filet externe et interposé entre la vis et l'écrou de sorte que le filet externe du rouleau s'engrène dans le filet externe de la vis et le filet interne de l'écrou, chaque rouleau présentant deux extrémités munies chacune d'une denture externe, chaque denture externe présentant, en section transversale, un diamètre extérieur inférieur ou égal au diamètre de fond du filet externe des rouleaux, deux dentures de synchronisation coaxiales à la vis et dans lesquelles s'engrènent les dentures externes des rouleaux; et des guides ouverts qui séparent angulairement et uniformément les rouleaux; lesquels guides montés chacun sur chaque portée lisse en bordure des dentures externes et juxtaposée au filetage de chaque rouleau sont munis d'une pluralité de paliers ayant l'apparence d'encoches circulaires en forme d'un «C» arrondi à ses extrémités et qui coopèrent avec une portée lisse faisant office de tourillon pour le rouleau. [0010] Le principal avantage de ces guides ouverts à encoches circulaires et arrondies est de faciliter le montage et le démontage de la vis, car elles suppriment entièrement le risque de désolidarisation lorsque la vis est insérée dans le mécanisme de vis à rouleaux ou lorsqu'elle est retirée du mécanisme de vis à rouleaux, en empêchant les rouleaux de migrer radialement vers l'intérieur de l'écrou ou vers l'extérieur de la vis selon que le mécanisme de vis à rouleaux soit, respectivement, standard ou inversé. 3 [0011] En outre, lesdits guides ouverts de l'invention ne nécessitent pas, pour leur arrêt en translation, des joncs ou des anneaux élastiques, ou encore des circlips puisque emprisonnés de part et d'autre entre les dentures de synchronisation, l'écrou et le filetage des rouleaux. [0012] Le mécanisme de vis à rouleaux selon l'invention peut avantageusement présenter les caractéristiques suivantes : [0013] - les guides, selon une disposition préférentielle de l'invention, sont pris chacun en sandwich entre la face interne de chaque denture de synchronisation et la face interne de l'écrou délimitant le filetage interne de l'écrou, et coopèrent avec les rouleaux du mécanisme de vis à rouleaux standard; [0014] - chaque guide ouvert, selon l'invention, comporte des paliers aux allures d'encoches circulaires en forme d'un «C» arrondi à ses extrémités et, ces cavités étant ouvertes vers l'intérieur, c'est-à-dire vers la vis, pour une vis à rouleaux satellites standard; [0015] - chaque guide ouvert, selon l'invention, comporte des paliers aux allures d'encoches circulaires en forme d'un «C» arrondi à ses extrémités et, ces cavités étant ouvertes vers l'extérieur, c'est-à-dire vers l'écrou, pour une vis à rouleaux satellites inversée; [0016] - l'ouverture d'au moins une encoche circulaire en forme d'un «C» est strictement in- férieure au diamètre de tourillon du rouleau avec lequel elle coopère, et [0017] - chaque guide ouvert peut présenter radialement une structure massive ou une structure filaire selon le degré de compacité ou d'optimisation de la longueur utile du filet en prise recherché. [0018] L'invention peut également s'étendre à un dispositif d'actionnement comprenant un mécanisme de vis à rouleaux satellites monté sur une tige et couplé à un système d'entraînement mécanique ou électromécanique. [0019] Description sommaire des dessins [0020] La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : [0021] - la figure lA représente, une vue éclatée d'une vis à rouleaux satellites d'un premier mode de l'invention montrant les guides ouverts, avec leurs encoches ouvertes vers l'intérieur, c'est-à-dire sur le filetage extérieur de la vis; [0022] - la figure 2A est une vue en coupe selon l'axe longitudinal du mécanisme de la figure 1A, une fois assemblé, montrant la position des guides ouverts au sein de la structure relativement aux autres composants; [0023] - la figure 3A est une vue longitudinale partielle et une vue transversale d'un rouleau au sein du mécanisme de la figure 2A; [0024] - la figure 4A est une vue transversale d'un des guides ouverts de la figure lA monté sur une pluralité de rouleaux; [0025] - la figure 5A représente une partielle faisant un zoom sur un rouleau dans une encoche de la figures 4A; [0026] - la figure 1B représente, une vue éclatée d'une vis à rouleaux satellites d'un second mode de l'invention, montrant les guides ouverts, avec leurs encoches ouvertes vers l'extérieur, c'est-à-dire ouverte sur le filetage intérieur de l'écrou; [0027] - la figure 2B est une vue en coupe selon l'axe longitudinal du mécanisme de la figure 1B, une fois assemblé, montrant la position des guides ouverts au sein de la structure relativement aux autres composants du mécanisme; [0028] - la figure 3B est une vue transversale selon montrant un des guides ouverts de la figure 2B monté sur une pluralité de rouleaux; [0029] - la figure 4B représente une partielle faisant un zoom sur un rouleau dans une encoche de la figures 3B; [0030] - la figure 1C illustre la structure massive d'un guide ouvert respectivement pour une vis à rouleaux standard et une vis à rouleaux inversée; [0031] - la figure 2C illustre la structure filaire d'un guide ouvert respectivement pour une vis à rouleaux standard et une vis à rouleaux inversée; [0032] - la figure 3C montrant un actionneur intégrant un mécanisme de vis à rouleaux sa- tellites de la figure lA équipé des guides ouverts de l'invention. [0033] Description d'un premier mode de réalisation [0034] Un premier mode de réalisation de l'invention est décrit à l'aide des figures lA à 5A. [0035] Comme illustré par les figures lA à 2A, un mécanisme de vis à rouleaux satellites standard 100 selon un premier mode de réalisation comprend typiquement une vis 110, un écrou 130 disposé autour de la vis coaxialement à celle-ci, une pluralité de rouleaux 120 interposés entre la vis et l'écrou et d'axes longitudinaux parallèles à celui de la vis, des couronnes 140 fixées chacune dans le logement à une extrémité de l'écrou 130 et munies de dentures de synchronisation 140D. [0036] La vis 110 et les rouleaux 120 sont munis respectivement des filetages externes 110F et 120F, respectivement, et l'écrou d'un filetage interne 130F. Les rouleaux comprennent, en outre, des dentures externes 120D situés à leurs extrémités et qui encadrent la partie filetée centrale des rouleaux, de sorte qu'elles engrènent avec les dentures de synchronisation 140D des couronnes 140. [0037] Les profils des dentures 120D et 140D sont conjugués entre eux et il peut s'agir d'une involute ou développante de cercle, de profils cycloïdaux, circulaires, de profils trochoïdaux ou encore une combinaison de ces profils. [0038] Dans ce mode de réalisation particulier, les dentures des rouleaux, selon la figure 3A, sont taillées sur une portée cylindrique de longueur supérieure à la longueur utile Lu des dentures. De plus, comme l'illustre la figure 3A, le diamètre de tête Dt des dentures 120D est inférieur au diamètre Df du filetage externe 120F des rouleaux. On y remarque aussi, entre les dentures et le filetage du rouleau, une zone 120T plus ou moins lisse ou rainurée, de longueur LI et de même diamètre que le diamètre de tête des dentures. Cette zone 120T résulte de la sortie de l'outil de taillage des dentures sur ladite portée cylindrique et fait office de tourillon coopérant avec les guides 150 qui réalisent l'espacement angulaire des différents rouleaux 120. La longueur Lt de cc tourillon est fonction de la longueur de taillage des dentures sur les extrémités des rouleaux, et est, de préférence, supérieure ou égale à 1 millimètre. [0039] Dans cette configuration, selon les figures l A et 2A, on note la présence des guides ouverts 150 montés coaxialement à la vis entre celle-ci et l'écrou. Les guides ouverts 150 sont des bagues d'espacement que l'on peut qualifier de bagues intérieures car elles sont associées à l'écrou 130 et situées à l'intérieur de celui-ci. Les guides 150 sont adossées soit à la face interne 130X de l'écrou délimitant le filet interne dudit écrou, soit au chanfrein du filetage externe 120F des rouleaux, soit les deux. Les guides ouverts 150 du le mécanisme, comportent une pluralité d'encoches 1501 compatible en nombre avec celui des rouleaux comme le montre la figure 4A. La mise en place des guides ouverts 150 dans l'écrou 130 précède celle des dentures de synchronisation 140 et leur fixation sur l'écrou 130. [0040] Chaque encoche 1501 peut être considérée comme un orifice semi-ouvert en forme de «C», aux bouts arrondis 150a ressemblant à des crochets, tourné vers l'intérieur de l'écrou, comme illustrée par les figures 4A et SA. L'ouverture de chaque encoche 1501 a une valeur d'écartement W inférieure au diamètre Dt du tourillon, ce qui empêche les rouleaux de s'échapper des encoches 1501 des guides 150. [0041] Les guides 150 sont, préférentiellement, massifs et épaisses dans le sens radial entre deux encoches 1501; ce qui leur confère une excellente rigidité. Les guides se montent axialement, par insertion suivant l'axe longitudinal 170 du mécanisme. [0042] Les rouleaux 120 sont maintenus en position dans les encoches 1501 des guides 150 par les crochets arrondis, ce qui n'implique aucun outillage lorsque la vis 110 est insérée ou retirée du mécanisme de vis à rouleaux satellites. [0043] Description d'un second mode de réalisation [0044] Un second mode de réalisation de l'invention est décrit à l'aide des figures 1B à 4B. [0045] Alors que le premier mode de réalisation traite d'une vis à rouleaux satellites standard 100, le second mode de réalisation traite d'une vis à rouleaux satellites inversée 100' illustrée par les figures 1B et 2B, qui repose sur le même principe de fonctionnement que la vis à rouleaux standard, mais dont le système d'écrou est inversé, les couronnes 140 étant éliminées, les dentures internes de synchronisation 140D étant remplacées par des dentures externes 140'D portées par la couronne 140' fixée à la vis 110', par exemple, par des goupilles non représentées ou par collage, ou par sertissage, etc. Les guides ouverts 150 sont remplacées par les guides ouverts 150', 6 et la vis et 110' et l'écrou 130' étant adaptés aux modifications précédentes. [0046] Les dentures externes 140'D peuvent être aussi collées ou fixées par de petites vis de fixation sur la vis 110'. La mise en place et la fixation des dentures externes 140'D se font après insertion des guides ouverts 150' sur la vis 110'. [0047] Sur la figure 1 B, on retrouve la vis 110' et l'écrou 130' avec, entre les deux, les différents rouleaux 120 et les guides ouverts 150' dont les encoches sont arrondies aux extrémités et orientées vers l'extérieur de la vis. [0048] Chaque guide ouvert 150' est pris en sandwich, selon la figure 2B, entre le filetage externe 110'F de la vis 110' et la face plane des dentures extérieures 140'D de synchronisation de la couronne 140'D. [0049] Dans cc second mode de réalisation, les rouleaux 120 sont identiques à ceux qui ont été décrits précédemment quant à leur structure telle qu'illustrée par les figures 1 A et 1B, mais ils sont maintenus espacés au moyen des guides ouverts 150' qui sont différents des guides ouverts 150. Les guides 150', représentés sur les figures 1B à 2B, tournent autour de la vis 110' et les encoches 150'E, en forme de «C» et avec des arrondis d'extrémités 150'a, qui accueillent la portée cylindrique 120T des rouleaux 120, sont ouvertes vers l'extérieur, c'est-à-dire vers l'écrou, telle que l'indique la figure 3B. [0050] Comme l'illustre la figure 4B, là encore, l'ouverture a une valeur d'écartement Ve in- férieure au diamètre Dl du tourillon du rouleau, ce qui évite aux rouleaux de fuir des guides ouverts. La fonction de maintien radial est ainsi assurée. [0051] Quel que soit le mode de réalisation, les encoches des guides ouverts 150 ou 150' de l'invention, comme illustrées par les figures 1C et 2C, présentent une forme d'ouverture en «C», aux extrémités arrondies 150a ou 150'a, contrairement à une forme en «U», aux extrémités plates et non arrondies, des encoches des guides tels que décrits dans les documents FR 2942016 BI et EP 2792907 Al. Cette forure circulaire en «C» convenablement calculée, permet la rétention des rouleaux en cas de montage ou démontage de l'écrou ou de la vis selon qu'il s'agisse d'une vis à rouleaux standard ou d'une vis à rouleaux inversée. [0052] D'une manière générale, l'ouverture Ve des encoches peut s'exprimer suivant la relation : [0053] Ve = k xDt [0054] où Dt est le diamètre du tourillon ou diamètre de tête des dentures des rouleaux 150 ou 150', k une constante non nulle dont la valeur est strictement inférieure à 1 et de préférence compris entre 0,5 et 0,8 pour assurer une fonction de rétention ou maintien efficace et fiable des rouleaux dans les encoches. Elle est déterminée en prenant en compte les paramètres matériaux, la rigidité à conférer aux guides ouverts 150 ou 150' et la durée de vie escomptée du mécanisme de vis à rouleaux. 7 [0055] Du fait de l'ouverture Ve strictement inférieure au diamètre Dl du tourillon du rouleau et vu l'aspect massif des guides décrit précédemment, il est impossible de monter les rouleaux 120 radialement dans les encoches 1501 par l'intérieur de l'écrou, ou de monter les rouleaux 120 radialement dans les encoches 150'E par l'extérieur de la vis, si le matériau est d'une dureté et d'une rigidité très élevées. Or, les guides peuvent être en acier, en bronze, en composite, en céramique niais également en plastique. Des évidements supplémentaires peuvent donc être prévus pour alléger la niasse des guides ou pour leur conférer une certaine souplesse. Dans ce cas, les rouleaux peuvent se monter radialement, par l'intérieur ou par l'extérieur selon les cas, en les clipsant manuellement ou à l'aide d'un outil approprié dans les encoches 1501 ou 150'E desdits guides. Une fois installés, les rouleaux 120 ne peuvent plus en sortir sous l'effet de leur poids propre, insuffisant pour élargir en sens inverse l'ouverture des encoches 1501 ou 150'E. La rétention des rouleaux 120 est alors réalisée par la forme en «C» des encoches. [0056] Alternativement, comme illustrée par la figure 2C, les guides 150 et 150' peuvent également avoir une structure filaire faite d'une fine lame de matière dans la direction radiale, pouvant présenter une section transversale carrée, rectangulaire, circulaire ou quelconque. Les structures filaires se distinguent des structures massives de la figure 1C par le fait qu'entre deux encoches consécutives, 1501 ou 150'E, des guides ouverts, il y a essentiellement du vide dans la direction circonférentielle. L'intérêt des guides filaires est, d'une part, de réduire encore plus la longueur Lt du tourillon 120T, c'est-à-dire de la zone plus ou moins lisse entre les dentures externes aux extrémités et la partie filetée du rouleau, maximisant ainsi la longueur utile du filet en prise et, d'autre part, de conférer aux guides ouverts 150 et 150' une relative souplesse globale nécessaire pour clipser, au montage, les rouleaux 120 respectivement dans les encoches 1501 et 150T. [0057] Dotés d'une structure filaire, les guides ouverts 150 et 150', peuvent être associés, à volonté, à n'importe quel type de rouleau existant. Pour les rouleaux dont les dentures 120D interfèrent avec le filetage 120F, seul un montage radial moyennant clipsage est possible tandis que, pour les rouleaux où les dentures 120D n'interfèrent pas avec le filetage 120F, comme dans le cas de la figure 3A, il est possible soit de les insérer par clipsage dans les encoches 150 et 150', soit de les monter axialement, suivant l'axe longitudinal 170 du mécanisme de vis à rouleaux satellites, les guides ouverts 150 ou 150' filaires. [0058] Les guides ouverts 150 et 150', qu'ils soient filaires ou massifs, peuvent être fabriqués par l'une des techniques suivantes: fraisage, moulage, déformation plastique, frittage de poudre, tournage, perçage, impression 3D, etc. [0059] Un actionneur schématisé en figure 3C met à profit le mécanisme de vis à rouleaux 8 satellites 100 décrit plus haut, solidaire d'une tige 210 qui peut être constitué de la vis 110, et couplé à un moyen d'entraînement mécanique ou électromécanique 220, par exemple pour former un vérin mécanique, mais il est également possible d'utiliser le mécanisme 100' à la place du mécanisme 100. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] REVENDICATIONS- Mécanisme de vis à rouleaux satellites comprenant une vis (110;110') munie d'un filet externe (110F;110'F); un écrou (130; 130') entourant coaxialement la vis et muni d'un filet interne (130F;130'F); des rouleaux (120) chacun muni d'un filet externe (120F) et interposé entre la vis et l'écrou de sorte que le filet externe du rouleau s'engrène dans le filet externe de la vis et le filet interne de l'écrou, chaque rouleau présentant deux extrémités munies chacune d'une denture externe (120D), chaque denture externe présentant, en section transversale, un diamètre extérieur (Dt) inférieur ou égal à un diamètre de fond (Df) du filet externe des rouleaux; lesquels rouleaux sont positionnés et retenus par des guides (150 ;150') ouverts, comportent des encoches circulaires (1501;150'E), arrondies à ses extrémités, lesquelles encoches (1501;150E') coopèrent tels des paliers avec les rouleaux (120), caractérisé en ce que le rapport (k), représentant l'ouverture Ve d'au moins une encoche circulaire (1501;150'E) des guides (150;150') ouverts divisé par le diamètre de tourillon (Dt), soit strictement inférieur à 1. - Le mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque guide ouvert (150) comporte des encoches circulaires (1501), en forme de «C», ouvertes vers l'intérieur de l'écrou (130) et arrondies, assurant le guidage et le maintien en position axiale, angulaire et radiale des rouleaux (120). - Le mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque guide ouvert (150') comporte des encoches circulaires (150'E), en forme de «C», ouvertes vers l'extérieur de la vis (130') et arrondies, assurant le guidage et le maintien en position axiale, angulaire et radiale des rouleaux (120'). - Le mécanisme de vis à rouleaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport (k), représentant l'ouverture Ve d'au moins une encoche circulaire (1501;150'E) des guides ouverts (150;150') divisé par le diamètre de tourillon (Dt), soit compris de préférence entre 0,50 et 0,8. - Le mécanisme de vis à rouleaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des guides ouverts (150;150') présente une structure filaire. - Le mécanisme de vis à rouleaux selon l'une quelconque des reven- 10 [Revendication 7] dications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des guides ouverts (150;150') permette d'y clipser radialcment les rouleaux (120) au montage. - Dispositif d'actionnement, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme de vis à rouleaux satellites (100, 100') selon l'une quelconque des revendications précédentes, monté sur une tige (210) et couplé à un système d'entraînement électromécanique.