CH615258A5 - Movement conversion device - Google Patents

Description

L'invention concerne un dispositif qui, contrairement aux dispositifs antérieurs, peut absorber et transmettre des forces relativement grandes aussi bien dans le sens de l'action que de la réaction. Cet avantage important que présente le dispositif selon l'invention sur les dispositifs antérieurs résulte d'une conception selon laquelle aucune partie faible ne doit absorber d'importantes forces dans le sens de l'action ou de la réaction.

Le dispositif selon l'invention est défini dans la revendication 1. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels :

la fig. 1 est une élévation, avec coupe partielle, du dispositif selon l'invention;

la fig. 2 est une vue en bout, avec coupe partielle, du dispositif de la fig. 1 ;

la fig. 3 est une élévation, avec coupe partielle, analogue à celle de la fig. 1, mais montrant une extrémité du dispositif comportant une bague de positionnement et son couvercle de retenue;

la fig. 4 est une vue en perspective des bagues de positionnement représentées sur la fig. 3 et constituant une cage rigide;

la fig. 5 est une vue en bout, avec arrachement partiel, du dispositif de la fig. 3 sur lequel la cage de la fig. 4 est montée;

la fig. 6 est une élévation schématique montrant le filetage en développé de la vis d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention comportant trois rouleaux;

la fig. 7 est une élévation, avec coupe axiale partielle et à échelle agrandie, d'une variante du dispositif selon l'invention comportant des joints empêchant l'introduction de la crasse à l'intérieur du dispositif;

la fig. 8 est une élévation, avec coupe partielle, d'une autre variante du dispositif selon l'invention comportant six rouleaux, et la fig. 9 est une vue en bout, avec coupe partielle, du dispositif de la fig. 8.

Les fig. 1 et 2 représentent une forme de réalisation du dispositif selon l'invention à l'état assemblé. Ce dispositif comprend une vis 10 à trois filets dont l'angle de profil, dans un plan axial, est d'environ 90°. Le dispositif comporte également trois rouleaux 11 qui comportent chacun plusieurs arêtes ou dents annulaires s'étendant sur toute sa longueur et ayant un pas axial égal à celui des filets de la vis 10. En outre, le profil des arêtes des rouleaux 11 correspond sensiblement à celui des filets de la vis 10. Le dispositif comporte également un écrou 12 constitué simplement d'un élément cylindrique qui présente plusieurs gorges annu- . laires intérieures s'étendant sur toute sa longueur. Le pas axial de ces gorges est égal à celui des arêtes des rouleaux 11 et le profil des gorges est complémentaire de celui des arêtes annulaires de ces rouleaux 11. Le nombre de gorges annulaires de l'écrou 12 est égal à celui des arêtes annulaires de chaque rouleau 11.

Il est important de noter que le nombre de gorges annulaires de l'écrou doit être égal au nombre d'arêtes annulaires des rouleaux. Cette caractéristique importante permet d'obtenir un dispositif dans lequel toutes les forces apparaissant en cours de fonctionnement s'équilibrent intérieurement de manière stable.

Lorsque l'écrou ne peut tourner, mais peut exécuter un mouvement axial de translation alors que la vis peut tourner, les rouleaux ne transmettent les forces pratiquement que par roulement entre les filets de la vis et les gorges annulaires de l'écrou.

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Le contact roulant résistant aux forces d'action et de réaction est à peu près le même et ces forces sont égales et à peu près coli-néaires, de sorte que le dispositif transforme un mouvement rotatif en un mouvement rectiligne avec un faible frottement, une grande stabilité et une grande force.

Bien que chacun des rouleaux 11 soit représenté comme comportant un court axe 13 à chacune de ses extrémités, ces axes n'entrent pas dans le fonctionnement du dispositif, mais ils sont utilisés avantageusement pour la mise en place des rouleaux 11 dans les positions dans lesquelles ils sont représentés sur la fig. 2 lors de l'assemblage initial du dispositif. Les figures ne représentent aucun organe associé à la vis 10 et à l'écrou 12 et destiné à les faire tourner ou à empêcher l'une de ces pièces de tourner tout en lui permettant un mouvement axial de translation. Il est évident que le dispositif selon l'invention peut être utilisé dans de nombreuses machines différentes où il est souhaité de transformer un mouvement rotatif en un mouvement rectiligne. Le dispositif selon l'invention est évidemment réversible et convient également aux applications dans lesquelles, par exemple, une force linéaire est appliquée sur l'écrou 12, qui ne peut tourner, de manière à provoquer une rotation de la vis 10.

Il est possible de donner au dispositif selon l'invention une grande résistance et de le réaliser à bon marché en utilisant un angle de profil égal à 90° pour les filets de la vis, les arêtes des rouleaux et les gorges de l'écrou.

Il ressort de la description précédente que, lorsque la vis tourne et que l'écrou ne peut tourner, mais peut exécuter un mouvement rectiligne de translation, les rouleaux roulent et se translatent en exécutant un mouvement planétaire. En conséquence, le pas utile du dispositif, égal au rapport entre le mouvement rectiligne de sortie et l'angle de rotation d'entrée, est inférieur au pas de la vis. La formule suivante peut être utilisée pour calculer le pas utile de toute dimension donnée du dispositif selon l'invention :

-L(^)

dans laquelle :

L' est le pas utile du dispositif,

L est le pas réel de la vis,

D est le diamètre du cercle primitif de l'écrou ou le diamètre moyen de l'engrènement entre les rouleaux et l'écrou, et

S est le diamètre du cercle primitif de la vis ou le diamètre moyen de l'engrènement entre les rouleaux et la vis.

Bien que l'assemblage du dispositif selon l'invention puisse s'effectuer de différentes manières, un procédé avantageux consiste à munir chaque rouleau d'un court axe ou tourillon à chacune de ses extrémités, comme représenté, et à utiliser deux bagues de positionnement. Ces dernières sont constituées simplement d'anneaux plats dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre de crête de la vis et dont le diamètre extérieur est avantageusement inférieur au diamètre de crête des arêtes annulaires délimitant les gorges de l'écrou. Chaque bague de positionnement présente des trous d'un diamètre à peu près égal à celui de l'axe de chaque extrémité des rouleaux. Ces petits trous des bagues de positionnement sont espacés régulièrement à la circonférence de ces dernières et leur nombre est égal à celui des rouleaux. L'assemblage du dispositif consiste donc à introduire simplement les rouleaux dans l'écrou de manière que les arêtes annulaires de ces rouleaux roulent dans les gorges annulaires de l'écrou et que les rouleaux soient espacés circonférentiellement les uns des autres. Les bagues de positionnement sont montées sur chaque extrémité des rouleaux de manière que les axes de ces derniers pénètrent dans les petits trous de ces bagues. La vis peut ensuite être introduite dans l'ouverture centrale délimitée entre les rouleaux.

Lorsque l'assemblage est achevé, les bagues de positionnement peuvent être démontées si cela est souhaité, car elles ne sont soumises à peu près à aucune charge pendant le fonctionnement du dispositif.

Les fig. 3 à 5 représentent essentiellement le même dispositif que celui montré sur les fig. 1 et 2, sauf qu'il comporte des bagues de positionnement destinées à rester dans ce dispositif pendant son utilisation et son fonctionnement.

Dans le cas où les pièces sont réalisées suivant des tolérances de fabrication relativement larges, il peut être avantageux de laisser les bagues de positionnement montées sur les rouleaux afin de s'assurer que chacun de ces derniers commence son mouvement orbital en position convenable lors du fonctionnement du dispositif. Lorsque les rouleaux sont soumis à une charge, ils s'équilibrent d'eux-mêmes.

Il ressort de la description précédente que les bagues de positionnement ne constituent pas des paliers antifrottement ou des éléments supportant une charge. Une différence importante apparaît donc entre le dispositif selon l'invention et la plupart des dispositifs antérieurs comportant des rouleaux analogues. Les paliers antifrottement, qui doivent être utilisés dans l'art antérieur et qui sont nécessairement très petits et d'un coût et d'une faiblesse sensiblement plus élevés que ceux des éléments du dispositif selon l'invention, ne peuvent supporter les charges de réaction exercées sur les arêtes des rouleaux et les filets de la vis.

Comme représenté sur la fig. 3, la vis 10 comporte trois filets et est entourée de trois rouleaux 11 destinés à rouler autour d'elle. Bien que la fig. 3 ne représente qu'une extrémité de l'écrou 14, il est évident que les deux extrémités de cet écrou présentent un filetage extérieur 15 (fig. 3) permettant la fixation de deux couvercles extrêmes, tels que celui représenté en 16 sur la fig. 3. Ces couvercles extrêmes 16 sont taraudés de manière à pouvoir être montés sur les extrémités de l'écrou 14. Ils présentent chacun une ouverture centrale permettant le passage de la vis 10. Comme représenté sur la fig. 3, une bague 17 de positionnement est montée radialement à l'intérieur de l'écrou 14 et circonférentiellement autour de la vis 10. Cette bague 17 présente trois petits trous 18 qui logent les axes ou tourillons 13 des rouleaux 11. La face intérieure du couvercle 16 maintient la bague 17 de positionnement à l'intérieur du dispositif.

Dans certains types de montage et dans certaines formes d'utilisation du dispositif selon l'invention où les tolérances de fabrication peuvent être suffisamment larges pour que le jeu entre la vis 10, les rouleaux 11 et l'écrou 14 permettent, en cours de fonctionnement, aux rouleaux 11 de s'incliner par rapport à leur axe normal et parallèle à l'axe longitudinal de la vis 10, il peut être avantageux d'utiliser une cage 20 de positionnement, telle que celle représentée sur la fig. 4, pour maintenir les rouleaux 11 en alignement axial convenable. La fig. 5 représente cette cage 20 montée dans un dispositif tel que celui représenté sur la fig. 3, à la place des deux bagues 17 de positionnement et de support. La cage 20 est constituée par l'assemblage de deux bagues 21 de positionnement et de trois entretoises ou éléments 22 de support qui, outre qu'ils maintiennent les bagues 21 écartées comme représenté, empêchent essentiellement toute rotation relative entre ces bagues 21 autour de l'axe longitudinal de ladite cage. Pour faciliter l'assemblage d'un dispositif comportant une telle cage 20, chaque bague 21 de positionnement présente trois encoches 23 réalisées radialement vers l'intérieur dans leur bord extérieur, sur une profondeur telle que, lorsque les trois rouleaux 11 sont placés à l'intérieur des bagues 21 et que leurs axes 13 portent contre le fond des encoches 23, la cage 20, ainsi assemblée avec les rouleaux 11, puisse être introduite axialement dans l'écrou 14 sans que les arêtes des rouleaux 11 portent contre celles de cet écrou 14. A la fin de ce mouvement axial d'introduction, les rouleaux 11 peuvent être écartés radialement vers les positions dans lesquelles ils sont représentés sur la fig. 5, puis la vis 10 peut être introduite par vissage dans le dispositif.

La fig. 7 représente le montage d'un joint de protection contre la saleté pouvant être utilisé avantageusement avec les diverses

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formes de réalisation du dispositif selon l'invention. La fig. 7 représente en coupe partielle et à échelle sensiblement agrandie la vis 10, un rouleau 11 et l'écrou 15 du dispositif selon l'invention. L'écrou 15 présente à chaque extrémité une cavité annulaire 26 destinée à loger un joint 27 de protection contre la saleté. Ce joint 27 est constitué d'un anneau qui présente deux côtés 27a et 27b sensiblement plats, un côté extérieur 27c de forme avantageusement cylindrique et d'un diamètre inférieur à celui de la paroi voisine présentée par la cavité 26 de l'écrou 15, et un côté 27d situé radialement à l'intérieur et comportant des filets dont le pas est égal à celui des filets de la vis 10 et dont le profil est complémentaire de celui de ces mêmes filets de la vis. Le joint 27 est ainsi vissé sur la vis. Un couvercle 28 est vissé sur l'extrémité de l'écrou 15 de manière à retenir le joint 27 dans la cavité 26. Le couvercle 28 présente un trou central d'un diamètre supérieur au diamètre de crête de la vis 10. La dimension axiale du joint 27 est inférieure à celle de la cavité 26. Il ressort de ce qui précède que l'écrou 15 et le couvercle 28 n'empêchent pas le joint 27 de tourner. Par conséquent, ce joint 27 peut tourner librement à l'intérieur de la cavité 26. Le pas utile du dispositif étant inférieur au pas de la vis 10, le joint 27 se place automatiquement de lui-même en position de travail lors du fonctionnement du dispositif. Ce positionnement automatique du joint 27 sur les filets de la vis 10 assure une étanchéité axiale ferme entre ledit joint et les filets. Lorsque le joint 27 occupe la position de travail représentée sur la fig. 7, l'écrou 15 peut être considéré comme effectuant une translation rectiligne dans le sens indiqué par la flèche 30. L'avance rectiligne de l'écrou 15 dans ce sens étant inférieure à celle qui se produirait si le joint 27 pouvait exécuter un mouvement de translation analogue à celui d'un écrou vissé sur la vis 10, ledit joint 27 est déplacé de manière que son côté 27a porte contre le couvercle 28, comme représenté, et qu'un côté des arêtes du joint 27 porte étroitement contre un flanc des filets de la vis 10, s également comme représenté. Le joint 27 peut être réalisé dans une matière choisie parmi des élastomères connus et convenant à de telles utilisations, par exemple le Téflon. La description précédente montre donc le caractère simple et efficace du joint du dispositif selon l'invention.

io Les fig. 8 et 9 représentent une autre forme de réalisation selon l'invention comportant une vis 31 à six filets, six rouleaux 32 et un écrou 33 sensiblement analogue à l'écrou 12 décrit précédemment. La vis 31, les rouleaux 32 et l'écrou 33 sont autrement réalisés et disposés comme les pièces correspondantes des formes de réali-i5 sation décrites précédemment et ils fonctionnent également comme décrit précédemment lorsque le dispositif est achevé. Il est évident que le nombre de lignes de contact roulant dans le cas du dispositif à six rouleaux représenté sur les fig. 8 et 9 est double de celui apparaissant dans le cas du dispositif à trois rouleaux repré-20 senté sur la fig. 1 si les rouleaux des deux formes de réalisation ont le même nombre d'arêtes annulaires.

Il ressort de la description détaillée précédente qu'en variante, l'écrou 33 peut être l'élément comportant plusieurs filets et que la vis peut alors présenter plusieurs gorges annulaires dont le 25 nombre est égal à celui des arêtes annulaires des rouleaux. Il est évident que, pour permettre une translation rectiligne sur une certaine distance, la longueur de l'écrou doit être sensiblement supérieure à celle des écrous décrits précédemment et présentant les gorges annulaires.

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2 feuilles dessins

Claims (8)

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1. Dispositif de transformation de mouvement, caractérisé en ce qu'il comporte une tige qui présente plusieurs gorges, un écrou d'un diamètre intérieur plus grand que le diamètre extérieur de la tige et présentant plusieurs gorges intérieures, les gorges de la tige ou de l'écrou délimitant plusieurs filets hélicoïdaux continus, et des rouleaux dont le nombre est égal à celui des filets de la tige ou de l'écrou, ces rouleaux comportant plusieurs arêtes annulaires dont le pas axial est égal à celui des filets et dont le profil correspond sensiblement à celui de ces filets, les rouleaux étant montés entre la tige et l'écrou et espacés régulièrement autour de la tige de manière à la relier à l'écrou par l'intermédiaire de leurs arêtes, de manière que l'application d'une force de rotation sur l'une des pièces constituées par la tige et l'écrou, alors que l'autre pièce ne peut tourner, provoque une translation axiale de ladite tige par rapport à l'écrou.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tige est une vis à filets multiples, caractérisé en ce que le nombre de gorges annulaires de l'écrou est égal au nombre d'arêtes annulaires de chaque rouleau.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vis comporte au moins trois filets.

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rouleaux comportent un axe faisant saillie axialement à chacune de leurs extrémités, et en ce que le dispositif comporte deux bagues de positionnement qui présentent chacune une ouverture axiale d'un diamètre suffisant pour permettre auxdites bagues d'entourer la vis, chaque bague présentant également plusieurs trous réalisés entre ses bords situés radialement à l'intérieur et à l'extérieur, le nombre de ces trous étant égal au nombre de rouleaux et lesdits trous étant espacés circonférentiellement les uns des autres d'une distance correspondant à l'espacement circonfé-rentiel des rouleaux, chaque trou présentant dans la direction circonférentielle des bagues une dimension égale au diamètre des axes des rouleaux, une bague étant montée autour de la vis et sur les axes de chaque extrémité des rouleaux.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que plusieurs organes de support sont fixés entre les deux bagues de positionnement.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les organes de support sont montés entre les bagues de positionnement de manière à passer à l'intérieur de l'écrou annulaire.

7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux joints de protection contre les saletés, chaque joint étant constitué d'un anneau plat en élastomère élastique présentant une surface orientée radialement vers l'intérieur et dont la forme est complémentaire de celle d'au moins l'un des filets de la vis, les joints étant montés sur lesdites vis à chaque extrémité des rouleaux, et en ce qu'il comporte également deux couvercles qui présentent chacun un trou axial d'un diamètre supérieur au diamètre de crête des filets de la vis, un couvercle étant fixé sur chaque extrémité de l'écrou et comportant une paroi orientée radialement vers l'intérieur et entre laquelle et les extrémités correspondantes des rouleaux l'un des joints est monté de manière à pouvoir exécuter un mouvement axial et une rotation limitée par rapport à l'écrou et à ce couvercle.

8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'écrou est un écrou à filets multiples, caractérisé en ce que le nombre des gorges annulaires de la tige est égal au nombre des arêtes annulaires de chaque rouleau.

De nombreux dispositifs antérieurs de transformation d'un mouvement ont été décrits sous la forme d'assemblages à écrou et galets ou rouleaux, de dispositifs à vis et billes et de vérins à vis. Ces dispositifs antérieurs comportent divers écrous et vis associés à des roulements à rouleaux ou à billes de manière qu'ils puissent assumer la fonction de dispositifs réversibles de transformation d'un mouvement rotatif en un mouvement rectilique avec un minimum de pertes par frottement. Un problème se posant classiquement à ces dispositifs est qu'ils ne peuvent absorber ou transformer des forces relativement grandes dans le sens de l'action ou de la réaction. Il en résulte l'apparition de charges concentrées sur les billes ou l'application de contraintes élevées sur les axes nécessairement petits des rouleaux et des paliers.