Brevet FR3109617A1 — publié le 20211029

Une cage (5) est intercalée entre la vis et l’écrou pour contenir les billes (3) dans des alvéoles (6) séparés. La cage (5) est retenue axialement par des butées pour rester toujours entre la vis et l’écrou, ainsi que les billes (3). Aucune recirculation des billes (3) n’est nécessaire. La cage (5) oblige les billes (3) à suivre les mouvements de rotation de la pièce tournante. Figure pour l’abrégé : Figure 2. Ensemble vis-écrou à billes à circulation améliorée des billes, notamment utilisable dans un frein à disque L’invention se rapporte à un ensemble vis-écrou à billes à circulation améliorée des billes, utilisable notamment dans un frein à disque. Les transmissions à vis et écrou dans lesquelles des billes sont intercalées entre ces deux pièces, en roulant dans leurs filets, sont d’emploi fréquent à cause de leur bon rendement mécanique. Elles sont toutefois exposées à la difficulté que les billes ont, à cause de leur mouvement roulant, des déplacements d’ensemble le long des filets d’à peu près la moitié du déplacement de la pièce qui est mobile parmi la vis et l’écrou, avec la conséquence qu’elles sont sujettes même pour de petites rotations à sortir des filets de celle des pièces qui est la plus courte, après avoir atteint son extrémité, qu’elles cessent donc alors de soutenir la pièce mobile et qu’elles risquent de s’échapper. Il est habituel d’ajouter des dispositifs dits de recirculation pour obvier à cet inconvénient et maintenir les billes aux emplacements utiles des filets, entre les pièces. La figure 10 illustre une telle transmission à vis 101 et écrou 102, dans laquelle des billes 103 roulent dans des filets 104 de section adaptée de la vis 101 et de l’écrou 102. Pour éviter que les billes 103 ne sortent des filets 104 de la pièce la plus courte, ici l’écrou 102, celui-ci est creusé d’un canal 106 de recirculation joignant les extrémités opposées de ses filets 104 et occupé par une partie des billes 103, qui s’y déplacent en formant un réseau linéaire continu. Ces dispositifs de recirculation, efficaces en soi, ont l’inconvénient d’accroître l’encombrement du mécanisme en imposant une épaisseur minimale plus importante à la paroi de l’écrou, ou un volume vide autour de l’écrou si le canal est un tube disposé hors de celui-ci. Un nouveau mécanisme à vis-écrou et billes, constituant le sujet de cette invention, a été conçu en raison de ce qui précède et repose sur l’idée d’assurer le maintien des billes dans les filets de roulement sans ajouter de canal de recirculation joignant leurs extrémités. On a donc cherché à minimiser l’encombrement général du mécanisme sans nuire aux caractéristiques et aux performances de celui-ci, notamment en ce qui concerne le rendement. Sous une forme générale, l’invention concerne un ensemble vis-écrou à billes, comprenant une vis, un écrou et des billes engagées dans des filets de la vis et de l’écrou, caractérisé en ce qu’il comprend une cage cylindrique intercalée entre la vis et l’écrou et munie d’alvéoles séparés, ayant une direction d’allongement le long des filets, se succédant le long des filets et dans lesquels les billes sont retenues par groupes avec un jeu en direction d’allongement des alvéoles, la cage étant flottante en rotation mais retenue en direction axiale de l’ensemble (c’est-à-dire la direction longitudinale de la vis, ou l’axe de rotation de l’écrou) par des butées disposées soit sur la vis soit sur l’écrou. La cage maintient donc les billes dans les filets des deux pièces en les obligeant à garder la position axiale d’une des pièces. La division des billes en groupes présents chacun dans un des alvéoles évite les arcs-boutements d’ensemble des billes contre la cage qui bloqueraient la transmission. Au lieu de cela, les billes de chaque groupe sont poussées indépendamment par la cage vers l’avant des alvéoles, avec des efforts modestes et une perte de rendement réduite dans la transmission. Dans un mode de réalisation avantageux, les alvéoles sont garnis de ressorts aptes à repousser les groupes de billes dans la direction d’allongement des alvéoles. Ce dispositif apporte de la souplesse au mouvement des billes dans les alvéoles, les ressorts contribuant à les déplacer vers l’avant d’autant plus qu’elles se sont accumulées à l’arrière des alvéoles. Les ressorts peuvent être des ressorts hélicoïdaux avec une direction de compression dans la direction d’allongement des alvéoles ; ils peuvent aussi être des doigts saillant dans les alvéoles dans une direction transversale à la direction d’allongement des alvéoles, aptes à fléchir dans la direction d’allongement des alvéoles. Il n’est pas nécessaire que les ressorts soient contraints en permanence, et on peut au contraire faire en sorte que le ressort ou les ressorts de chacun des alvéoles possèdent un état libre où ils sont sans contrainte provenant des groupes de billes. Un montage à contrainte permanente des billes et des ressorts est toutefois possible tant qu’il ne gêne pas le roulement des billes. Les billes sont avantageusement peu nombreuses dans les alvéoles, par exemple au nombre de trois ou quatre dans chacun d’eux. Un autre aspect de l’invention est un frein à disque comprenant un ensemble vis-écrou selon ce qui précède entre une plaquette mobile de freinage (à une extrémité de la vis) et une partie fixe du frein à laquelle l’écrou est assujetti. Il peut s’agir d’un frein comprenant encore un moteur électrique et un réducteur de mise en rotation de l’écrou. L’invention est particulièrement avantageuse pour des applications où la course de la pièce mobile n’est pas trop importante. On peut, de façon plus précise, envisager des applications où la vis a un diamètre de 20 à 25 mm, et une course de 5 à 100 mm ; de façon préférée la course est de 10 à 50 mm ; de façon particulièrement préférée, la course est de 30 à 45 mm. Les différents aspects, caractéristiques et avantages de l’invention seront maintenant décrits en liaison aux figures suivantes, qui représentent certaines réalisations de l’invention données à titre purement illustratif : une vue en coupe d’une réalisation de l’invention ; une vue en perspective de la cage ; un mode de réalisation, en coupe radiale de la cage ; le même mode de réalisation, en vue radiale de la cage ; un autre mode de réalisation ; un troisième mode de réalisation, en coupe radiale de la cage ; le troisième mode de réalisation, en vue radiale de la cage ; un quatrième mode de réalisation ; un frein à disque équipé de l’invention ; un dispositif de l’art antérieur. La figure 1 représente un mécanisme à vis 1 et écrou 2 conforme à l’invention et garni de billes 3 sphériques roulant dans des filets 4 de la vis 1 et de l’écrou 2, en maintenant leur concentricité et favorisant leur mouvement relatif. Un jeu annulaire 17 relativement large existe entre les sommets des filets 4 de la vis 1 et de l’écrou 2, et une cage 5 y est reçue. Elle est de forme annulaire et traversée par des alvéoles 6 en forme de portions d’hélice, qui reçoivent chacun un groupe des billes 3, ainsi qu’on le voit plus clairement à la figure 2. La cage 5 n’est pas liée en rotation à la vis 1 ni à l’écrou 2, mais des butées 7 et 8 limitent toutefois son débattement possible dans l’axe du mécanisme de la transmission. Les butées 7 et 8 peuvent être montées sur la vis 1 ou l’écrou 2, ou être formées par des reliefs déjà présents sur l’une ou l’autre de ces pièces. Elles sont ici présentes sur l’écrou 2, dont dépasse la vis 1, afin de toujours maintenir la cage 5 entre la vis 1 et l’écrou 2 et d’empêcher les billes 3 de s’échapper. Les alvéoles 6 sont de direction hélicoïdale identique à celles des filets 4, et leur longueur dans cette direction est suffisante pour que les billes 3 qu’ils contiennent puissent y rouler. Les billes 3 de chaque groupe sont peu nombreuses, par exemple trois ou quatre dans chaque alvéole 6, afin de réduire les risques d’arcs-boutements. Quand le mécanisme est en mouvement, la cage 5, maintenue par les butées 7 et 8, maintient aussi les billes 3 entre la vis 1 et l’écrou 2, ce qui élimine le besoin d’un canal de recirculation. Les billes 3 de chaque groupe roulent dans les alvéoles 6 avec la faculté de se déplacer dans le sens de la longueur des alvéoles 6. Elles peuvent temporairement toucher l’une ou l’autre des extrémités 11 et 12 avant et arrière des alvéoles 6, mais leur comportement d’un alvéole 6 à l’autre est différent à chaque instant, ce qui élimine tout risque d’arc-boutement général et de blocage. La réalisation représentée aux figures 3 et 4 montre qu’un ressort 9 ou 10 peut avantageusement être ajouté dans chaque alvéole 6, afin de réduire encore les risques d’arc-boutement par maintien des billes 3 contre une des extrémités 11 ou 12. Quand cette situation se produit, les billes 3 compriment le ressort 9, qui les repousse alors de l’extrémité 11 ou 12. Il n’est pas nécessaire que le ressort 9 ou 10 soit comprimé au repos, mais une légère compression du ressort 9 ou 10 est aussi possible à un état libre du dispositif ; un jeu longitudinal 18 subsiste dans tous les cas entre le groupe de billes 3 et l’une ou l’autre des extrémités 11 et 12 de l’alvéole 6, pour permettre le roulement des billes 3 et permettre une liberté de déplacement dans l’alvéole 6 qui élimine les coincements par arcs-boutements. Quand un seul ressort 9 ou 10 est prévu par alvéole 6, on peut envisager de le placer en alternance à l’extrémité 11 avant ou l’extrémité 12 arrière pour des alvéoles 6 voisins, de manière à rendre le fonctionnement du mécanisme identique dans les deux sens de rotation. Les ressorts 9 et 10 considérés ici sont hélicoïdaux. Ils peuvent alors être retenus en étant logés autour de doigts 13 faisant saillant des extrémités 11 et 12 en direction longitudinale des alvéoles 6. La réalisation de la figure 5 comprend le ressort 9 et le ressort 10 pour chaque alvéole 6. Un montage caractérisé par des jeux longitudinaux 18 permanents entre les billes 3, donc sans compression permanente des ressorts 9 et 10, peut ici encore être adopté. Le fonctionnement est à peu près le même que le précédent, les billes 3 étant repoussées des extrémités 11 et 12 quand elles s’en approchent, sans pouvoir exercer un blocage. La réalisation des figures 6 et 7 illustre un autre mode de réalisation encore, dans lequel le ressort 9 ou 10 hélicoïdal et indépendant de la cage 5 est remplacé par un ressort 14 intégré à la matière de la cage 5 et pouvant avoir une section ondulée. Le ressort 14 se rattache à la cage 5 par une des extrémités 11 ou 12 et s’étend en direction longitudinale de l’alvéole 6. Les agencements proposés ci-dessus de disposition des ressorts avec des sens alternés, aux deux extrémités de chaque alvéole, ou avec maintien des jeux longitudinaux 18, s’appliquent éventuellement ici aussi. Et la figure 8 illustre encore un autre mode de réalisation, où les ressorts dirigés à partir d’une des extrémités 11 ou 12 dans la direction longitudinale de l’alvéole 6 sont remplacés par un ou plusieurs doigts latéraux 15 et 16 flexibles intégrés à la cage 5, disposés sur les parois latérales de l’alvéole 6 et dirigés perpendiculairement à la direction de longueur. Les doigts latéraux 15 et 16 ont la faculté de fléchir quand le groupe des billes 3 pèse sur eux, et de repousser les billes 3 dans le sens opposé par élasticité. On a représenté ici les doigts latéraux 15 et 16 près de chacune des extrémités 11 et 12, mais ici encore un seul de ces ressorts pourrait être suffisant. La figure 9 illustre un frein 19 à disque équipé de l’invention. La vis 1 déplace en translation une plaquette mobile 20 de freinage sous une plaquette fixe 21, solidaire d’un boîtier 22 du frein 19 dans lequel la vis 1 est partiellement continue. La vis 1 coulisse d’après les rotations de l’écrou 2, qui est entraîné par un moteur électrique 23 et un réducteur 24. L’écrou 2, le moteur électrique 23 et le réducteur 24 sont tous logés dans le boîtier 22. L’écrou 2 est assujetti au boîtier 22 fixe tout en pouvant y tourner. La vis 1 peut avoir environ 20 mm à 25 mm de diamètre, les billes 3 environ 3 mm de diamètre, et la course de la vis 1 peut être de 5 à 100 mm ; ou, de façon préférée, de 10 à 50 mm ; ou, de façon particulièrement préférée, de 30 à 45 mm. La transmission conforme à l’invention sera particulièrement appréciée dans des dispositifs à faible course et sous forte charge. Comme le frein 19 a une structure connue sauf en ce qui concerne les perfectionnements apportés à la transmission à vis et écrou, sa description ne sera pas continuée ici ; mais l’invention pourrait aussi être appliquée à d’autres freins, ou d’autres dispositifs. Nomenclature 1 Vis 2 Ecrou 3 Bille 4 Filet 5 Cage 6 Alvéole 7 Butée 8 Butée 9 Ressort 10 Ressort 11 Extrémité avant 12 Extrémité arrière 13 Doigt 14 Ressort ondulé 15 Doigt latéral 16 Doigt latéral 17 Jeu entre filets 18 Jeu entre billes 19 Frein à disque 20 Plaquette mobile 21 Plaquette fixe 22 Boîtier 23 Moteur électrique 24 Réducteur 101 Vis 102 Ecrou 103 Bille 104 Filet 106 Canal de recirculation Ensemble vis-écrou à billes, comprenant une vis (1), un écrou (2) et des billes (3) engagées dans des filets (4) de la vis et de l’écrou, caractérisé en ce qu’il comprend une cage (5) cylindrique intercalée entre la vis et l’écrou et munie d’alvéoles (6) séparés, ayant une direction d’allongement le long des filets, se succédant le long des filets et dans lesquels les billes sont retenues par groupes avec un jeu (18) dans la direction d’allongement des alvéoles, la cage étant flottante en rotation mais retenue, en direction axiale de l’ensemble, par des butées (7, 8) disposées soit sur la vis soit sur l’écrou. Ensemble vis-écrou à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les alvéoles sont garnis de ressorts (9, 10, 14, 15, 16) aptes à repousser les groupes de billes dans la direction d’allongement des alvéoles. Ensemble vis-écrou à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les alvéoles comprennent chacun un ressort à une extrémité (11, 12) de l’alvéole. Ensemble vis-écrou à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les alvéoles comprennent chacun deux ressorts à deux extrémités (11, 12) opposées de l’alvéole. Ensemble vis-écrou à billes selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le ressort ou les ressorts (9, 10) est ou sont hélicoïdaux, avec une direction de compression dans la direction d’allongement des alvéoles. Ensemble vis-écrou à billes selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le ressort ou les ressorts (14) est ou sont ondulés, avec une direction de compression dans la direction d’allongement des alvéoles et d’une pièce avec la cage. Ensemble vis-écrou à billes selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le ressort ou les ressorts est ou sont des doigts (15, 16) saillants de la cage (5) dans les alvéoles et dans une direction transversale à la direction d’allongement des alvéoles, aptes à fléchir dans la direction d’allongement des alvéoles. Ensemble vis-écrou à billes selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le ressort ou les ressorts de chacun des alvéoles possèdent en état libre où ils sont sans contrainte provenant des groupes de billes. Ensemble vis-écrou à billes selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les billes sont soit trois, soit quatre dans chacun des groupes. Frein à disque, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble à vis-écrou à billes selon l’une quelconque des revendications précédentes entre une plaquette mobile (20) de freinage à une extrémité de la vis et une partie fixe (22) du frein à laquelle l’écrou (2) est assujetti. Frein selon la revendication 10, caractérisé en ce que le frein comprend un moteur électrique (23) et un réducteur (24) de mise en rotation de l’écrou. Frein selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que la vis a un diamètre de 20 à 25 mm, et une course de 5 à 100 mm. Frein selon la revendication 12, caractérisé en ce que la course est de 10 à 50 mm. Frein selon la revendication 12, caractérisé en ce que la course est de 30 à 45 mm.