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REVENDICATIONS
1. Elément de guidage axial pour déplacement rectiligne illimité par contact à billes sur un arbre, comprenant un manchon de forme tubulaire en acier trempé, des billes étant disposées dans des chemins de circulation fermés, pratiqués dans une cage tubulaire intérieure et concentrique au manchon, le manchon présentant dans son alésage des secteurs assurant le contact des billes entre l'arbre et le manchon et des secteurs dégagés permettant la circulation de retour des billes, caractérisé en ce que le manchon tubulaire en acier a une surface extérieure qui comporte au moins deux diamètres différents, la longueur de portée de la partie à plus grand diamètre étant au plus de 4/10 de la longueur des rectilignes des chemins de circulation de billes situés dans la cage intérieure,
au moins une partie des courbes aux deux extrémités de ces chemins de circulation de billes étant uniquement recouverte radialement du côté extérieur de l'élément par un manchon tubulaire distinct situé à la suite axialement et de chaque côté du manchon en acier, ces deux manchons d'extrémité étant concentriques à la cage à billes et au manchon central en acier.
2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon central en acier a sa partie à grand diamètre extérieur se trouvant au centre de sa longueur.
3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que seule la partie à plus grand diamètre extérieur du manchon central en acier est rectifiée sur sa surface.
4. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon central en acier a son diamètre extérieur variable sur sa longueur, le plus grand diamètre se trouvant dans la partie centrale de sa longueur et correspondant à une surface circonférentielle dont la largeur est au moins une ligne et au plus une valeur égale au 1/3 de la longueur de ce manchon.
5. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon central en acier comporte une forme intérieure constante sur toute sa longueur.
6. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage à billes tubulaire intérieure est en une matière plastique.
7. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité sont en une matière plastique.
8. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité sont fixés à la cage à billes.
9. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage à billes comporte à chacune de ses extrémités une rainure circulaire extérieure en prise avec un fil d'acier situé dans une
rainure annulaire située à l'intérieur du manchon d'extrémité correspondant.
10. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité comportent en leur intérieur un renflement
annulaire venant en prise dans la rainure circulaire aux extrémités
de la cage à billes.
11. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les
manchons sont maintenus contre une rotation sur la cage à billes
par la forme extérieure de cette cage venant en prise dans la forme
intérieure des manchons.
12. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les
manchons d'extrémité enferment uniquement radialement une
partie de la cage à billes.
13. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité enferment radialement une partie de la cage à billes et une partie du manchon central en acier.
14. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité enferment radialement une partie de la
cage à billes et recouvrent axialement ses faces à ses extrémités.
15. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité enferment radialement une partie du
manchon central en acier, une partie de la cage à billes et recouvrent axialement les faces des extrémités de cette cage.
16. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité recouvrent les petits diamètres extérieurs du manchon central en acier, seul le grand diamètre servant de contact d'ajustement de l'élément restant découvert.
17. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité ont une surface extérieure qui comporte plusieurs diamètres, le plus grand diamètre étant d'une longueur au plus égale au tiers de la longueur d'un de ces manchons.
18. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité ont le même diamètre extérieur que le plus grand diamètre extérieur du manchon central en acier.
19. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité ont un diamètre supérieur au plus grand diamètre du manchon central en acier.
20. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité sont fixés axialement au manchon central en acier.
21. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un manchon d'extrémité comporte au moins une rainure circulaire extérieure servant à un positionnement de l'élément par une bague élastique.
22. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément élastique est positionné entre le manchon central en acier et au moins un des manchons d'extrémité.
23. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément élastique est positionné entre les manchons d'extrémité et la cage à billes tubulaire intérieure.
24. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à ses extrémités des parties additionnelles annulaires en matière plastique occasionnant par leur présence ou leur absence un changement de la longueur totale de l'élément.
25. Elément selon la revendication 24, caractérisé en ce que les parties additionnelles comportent une lèvre souple circulaire au contact de l'arbre où travaille l'élément, cette lèvre faisant office de joint d'étanchéité.
26. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une ouverture angulaire longitudinale radiale comprise entre 40 et 800 sur toute la longueur de l'élément.
27. Elément selon les revendications 1, 14, 15 et 20, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité comportent une partie venant s'engager axialement dans un chambrage circulaire situé aux extrémités de l'alésage de la cage à billes.
La présente invention a pour objet un élément de guidage axial pour déplacement rectiligne illimité par contact à billes sur un arbre permettant par un effet autoalignant la correction d'une faute d'alignement par rapport au logement où est positionné l'élément. D'autre part, la particularité de ce roulement est que sa construction se situe entre les versions à manchon extérieur massif et les versions à rails de contact distincts situés dans un élément entièrement en matière plastique moulée.
On connaît les éléments de guidage rectiligne par contact à billes sur un arbre sous différentes appellations, telles que: roulements axiaux, roulements à déplacement linéaire illimité, douilles à billes ou à circulation de billes, paliers à billes. Ces appellations se rapportent toutes à un même procédé, soit le guidage d'un élément cylindrique par l'intermédiaire de billes sur un arbre, les billes étant recirculées dans un ou plusieurs chemins sans fin, ce qui donne une course illimitée. Ce système apporte au mouvement de translation des avantages comparables à ceux des roulements uniquement prévus pour la rotation, par exemple le coefficient de frottement, la sécurité de fonctionnement, la durée de vie.
Il existe deux sortes principales de roulements axiaux, les versions fermées et les versions ouvertes, ces dernières étant prévues pour fonctionner sur un arbre supporté le long de la course; l'ouverture angu
laire longitudinale est pratiquée sur toute la longueur de l'élément et permet le passage des supports de fixation de l'arbre.
Le roulement axial est connu depuis quelques dizaines d'années. Il a subi une évolution constante et remplace aujourd'hui avantageusement d'autres formes de guidage, en l'occurrence douilles lisses, coussinets, coulisses grattées ou rectifiées, guidages à rouleaux.
Les roulements linéaires que l'on trouve dans le commerce peuvent être classés en deux groupes de caractères constructifs distincts:
I. La version à manchon extérieur massif, de forme tubulaire, faisant office d'ossature de l'élément, assurant aussi l'effet de circulation des billes disposées dans des chemins fermés, situés dans une cage tubulaire placée en son intérieur par des secteurs de travail servant de contact de charge aux billes dans un rectiligne et des parties dégagées permettant la circulation de retour en regard des courbes et du deuxième rectiligne.
Ce système est le plus répandu et donne de bons résultats au niveau de la précision. Toutefois, le manchon extérieur complètement en acier est relativement compliqué et coûteux à fabriquer, différentes opérations de reprise et d'usinage devant être prévues avant le traitement thermique; en outre, environ la moitié de la longueur de ce manchon en acier est inutilisée pour la portée de travail des billes et sert uniquement à couvrir radialement l'ensemble cage-billes aux extrémités de l'élément et supporte le système de fixation réciproque de la cage au manchon. Dans le cas où deux roulements travaillent avec un même arbre, un alignement parfait des logements doit être requis pour éviter des mauvaises conditions de fonctionnement des roulements.
En effet, on aboutit à une contrainte anormale sur certaines billes se trouvant généralement aux extrémités des chemins de travail et à une mauvaise répartition de la charge sur le total des billes en travail, d'où: - éclatement de billes sous une charge trop forte, - usure prématurée des chemins de travail, des billes et de l'axe, - crochage dans le fonctionnement du roulement.
Il. La version à manchon extérieur, en matière plastique, positionnant des rails servant de chemins de travail aux billes.
Ce système est bon marché à fabriquer, mais il souffre d'un manque de rigidité de l'ensemble rail, manchon extérieur et cage intérieure; en outre, sa précision est dictée par la fabrication des rails, fabrication difficile dans les tolérances demandées pour des guidages de précision.
En outre, ce système se trouve également sur le marché avec des rails dont la surface de contact extérieur est courbe radialement. Cette forme est prévue pour obtenir un effet d'autoalignement de ces rails par rapport à l'arbre en cas d'un défaut géométrique réciproque de l'arbre et du logement où est positionné le roulement. Le défaut de ce système est que ces rails ont tendance à se plier radialement et, de ce fait, ne distribuent pas la charge sur les billes d'une façon uniforme. D'autre part, n'étant pas sollicités, les rails, se trouvant sur un plan parallèle à la direction du défaut d'alignement, gardent leur position initiale.
Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients et, en conséquence, de proposer un élément de guidage linéaire à déplacement illimité pouvant remplacer les dispositifs existants tout en éliminant les inconvénients précités, c'est-à-dire d'avoir: - une bonne rigidité de l'ensemble, - une bonne précision d'ajustage et de concentricité, - un prix de revient favorable, - une répartition égale de la charge sur toutes les billes, malgré
une faute d'alignement réciproque de l'arbre et du logement
où fonctionne le roulement.
L'élément de guidage axial pour déplacement rectiligne illimité par contact à billes sur un arbre, comprenant un manchon de forme tubulaire en acier trempé, des billes étant disposées dans des chemins de circulation fermés, pratiqués dans une cage tubulaire intérieure et concentrique au manchon, le manchon présen
tant dans son alésage des secteurs assurant le contact des billes
entre l'arbre et le manchon et des secteurs dégagés permettant la
circulation de retour des billes, est caractérisé en ce que le man
chon tubulaire en acier a une surface extérieure qui comporte au
moins deux diamètres différents, la longueur de portée de la partie
à plus grand diamètre étant au plus de 4/10 de la longueur des
rectilignes des chemins de circulation de billes situés dans la cage
intérieure,
au moins une partie des courbes aux deux extrémités
de ces chemins de circulation de billes étant uniquement recouverte radialement du côté extérieur de l'élément par un manchon
tubulaire distinct situé à la suite axialement et de chaque côté du manchon en acier, ces deux manchons d'extrémité étant concen
triques à la cage à billes et au manchon central en acier.
Le dessin représente, à titre d'exemples, des modes d'exécution d'un élément de guidage à déplacement rectiligne illimité par contact à billes sur un arbre dans des réalisations fermée et
ouverte ainsi que différentes variantes d'un manchon.
Dans le dessin:
La fig. 1 représente une vue de côté partiellement en coupe d'un mode d'exécution d'un élément de guidage axial fermé avec deux parties additionnelles, dont l'une est un joint d'étanchéité;
la fig. 2 représente une vue frontale partiellement en coupe du mode d'exécution de la fig. 1;
la fig. 3 représente une vue de côté partiellement en coupe d'un mode d'exécution d'un élément de guidage axial ouvert avec deux parties additionnelles;
la fig. 4 représente une vue frontale partiellement en coupe du mode d'exécution de la fig. 3;
la fig. 5 représente une coupe longitudinale à travers le manchon de l'élément des fig. 1 à 4 avec une pièce élastique positionnée entre les manchons, l'élément étant représenté sans parties additionnelles et avec des bossages de retenue sur la surface extérieure des manchons d'extrémité;
;
la fig. 6 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant un manchon central en acier avec un diamètre extérieur variable sur sa longueur et des manchons d'extrémité recouvrant les faces de la cage intérieure et venant en prise dans une rainure circulaire située dans l'alésage de cette cage;
la fig. 7 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant un manchon central en acier dont les petits diamètres extérieurs sont recouverts par les manchons d'extrémité;
la fig. 8 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant un manchon central en acier dont les petits diamètres extérieurs sont recouverts par les manchons d'extrémité;
;
la fig. 9 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant un manchon central en acier d'une forme différente recouvert partiellement radialement par les manchons d'extrémité retenus axialement à la cage par une partie en forme de crochet en prise dans la rainure extérieure aux extrémités de la cage, ces manchons d'extrémité recouvrant les faces de la cage intérieure et venant en prise dans une rainure circulaire dans l'alésage de cette cage, et
la fig. 10 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant les manchons d'extrémité fixés axialement au manchon central en acier.
L'élément de guidage axial à déplacement rectiligne illimité représenté dans le dessin, par contact à billes sur un arbre 1, comprend un manchon tubulaire extérieur en acier trempé 2 dont la surface extérieure a son diamètre extérieur d'ajustage seulement sur une courte partie centrale 3 de sa longueur totale. Ce manchon est positionné axialement entre deux manchons distincts d'extrémité 4, en matière plastique, fixés par un fil semi-circulaire en acier à ressort 5 noyé alternativement dans deux rainures correspondantes 6 et 7 des manchons 4 et de la cage tubulaire intérieure 8 comportant des chemins fermés 9 de circulation de billes 10.
Le manchon 2 présente dans son alésage des secteurs rectifiés 11 formant les pistes de travail des billes et des secteurs dégagés 12 permettant le retour des billes, le manchon étant maintenu contre une rotation sur la cage intérieure par l'emboîtement de la forme extérieure de la cage dans une forme correspondante dans l'alésage du manchon 2. Les manchons d'extrémité 4 comportent dans leur alésage des dégagements 13 en regard de la première partie des courbes des chemins de circulation de billes, la deuxième partie des courbes se trouvant dans le dégagement de forme 14 servant aussi à maintenir ces manchons 4 contre une rotation par rapport à la cage (fig. 2 et 4). Une ou plusieurs rainures circulaires de retenue axiale 15 de l'élément, par système circlips, peuvent être prévues sur l'extérieur de ces manchons.
Dans une variante, des parties additionnelles annulaires 16 se fixent au choix aux extrémités de l'élément par des pistons 17 venant s'engager avec friction dans des alésages 18 pratiqués dans la cage (fig. 1 et 3). Ces parties additionnelles servent à varier la longueur de l'élément pour permettre son utilisation dans plusieurs normalisations du commerce. Elles permettent aussi un usinage quelconque effectué par l'utilisateur pour positionner l'élément à sa place de travail, par exemple: lamage ou fraisage partiel pratiqué axialement à une extrémité de l'élément. Ces parties additionnelles peuvent aussi comporter une lèvre souple faisant office de joint d'étanchéité 19.
La cage à billes intérieure 8, les manchons d'extrémité 4 ainsi que les parties additionnelles sont fabriqués en matière plastique moulée, telle que polyamide graphité.
Seuls les billes 10 et le manchon central 2 sont en acier. Ce manchon 2 est plus simple à fabriquer qu'un manchon enrobant toute la longueur de l'élément, sa longueur étant environ deux fois plus courte; on réalise une importante économie de matière et aucun usinage circulaire intérieur d'extrémité n'étant nécessaire, le temps de fabrication peut être réduit d'une façon très appréciable.
Dans une version préférée, la surface extérieure du manchon portant sur seulement une courte partie de sa longueur est obtenue par un usinage symétrique extérieur avant le traitement thermique à un diamètre inférieur au diamètre de finition par rectification. Cette opération de rectification est effectuée facilement et rapidement, une étroite bande de matière restant seulement à terminer à la cote de finition. Le montage est aussi plus simple, les billes pouvant être lâchées pour tomber par gravité dans les chemins de l'élément maintenu en position verticale avant le montage du dernier manchon d'extrémité.
L'élément de guidage axial peut aussi être fabriqué en version ouverte (voir fig. 3 et 4). Dans ce cas, pour éviter une déformation des manchons d'extrémité, il sera prévu des parties en retrait 20 aux extrémités de la cage intérieure, ces parties étant en prise avec des parties de forme correspondantes 21 situées aux extrémités des manchons d'extrémité. Ce système n'est toutefois pas nécessaire si l'on adopte le type de manchon d'extrémité venant en prise à l'intérieur d'une rainure 27 pratiquée dans la cage à billes à chacune de ses extrémités (voir fig. 6 et 9).
Un deuxième mode de fixation des manchons d'extrémité consiste à retenir axialement ces derniers à la cage à billes par des parties 22 venant s'engager par déformation élastique lors du montage dans la rainure extérieure 7 de la cage à billes (voir fig. 9). D'autres modes de fixation des faux manchons 4 non représentés peuvent être envisagés, par exemple le coulage d'une matière plastique en prise avec la cage et les manchons d'extrémité ou le soudage de ces éléments, ou encore une fixation par déformation mécanique ou par ultrasons. D'autre part, un circlips extérieur aux extrémités de la cage à billes est pratiquement viable bien que n'étant pas très esthétique.
Il est avantageux de positionner un élément élastique entre les trois manchons pour améliorer l'équilibre des jeux souhaitables entre les différentes pièces de l'élément, les tolérances de fabrication pouvant être de cette façon élargies, ce qui influence également favorablement le prix de revient des pièces en matière plastique moulée.
Dans une exécution préférée, cet élément élastique peut être un fil 23 en caoutchouc synthétique noyé dans une gorge 24 pratiquée dans les manchons d'extrémité et occasionnant une poussée axiale entre les différentes pièces de l'élément ou ayant un effet autocentreur réciproque entre les manchons si l'élément élastique travaille sur un contact oblique 25 (voir fig. 8 et 9).
L'élément décrit en regard des figures du dessin présente un effet autoalignant qui permet de corriger une erreur jusqu'à environ 10 et égalise la charge sur toutes les billes. On remarque qu'en cas d'un défaut d'alignement réciproque de l'arbre et du logement où est monté l'élément, le manchon central s'alignera indépendamment de l'ensemble formé des manchons d'extrémité et de la cage à billes, c'est pourquoi l'effet de basculement du manchon central est mieux contrôlé si ce dernier est positionné par des éléments élastiques à poussée axiale ou à effet centreur.
Pour permettre le basculement décrit ci-dessus, un jeu axial est prévu entre les manchons 2 et 4 et un jeu radial d'ajustage 26 (fig. 5 à 10) est prévu entre les extrémités du manchon central en acier et les parties de la cage en regard de ces extrémités.
Le diamètre de contact extérieur du manchon central en acier est rectifié à une précision de l'ordre de 0,01 mm. Les pistes de roulement des billes se trouvent sur les secteurs de travail rectifiés et rodés après trempe à une précision aussi de l'ordre de 0,01 mm.
L'élément décrit est donc d'une précision et d'une concentricité équivalente aux roulements à manchon massif unique; toutefois, il est à remarquer que son utilisation ne peut se faire qu'avec deux éléments sur un arbre, l'effet autoalignant annulant l'effet d'alignement directionnel. Un jeu suffisant doit être également prévu entre l'alésage intérieur de la cage à billes et l'arbre sur lequel fonctionne l'élément pour éviter un contact de frottement en cas d'une faute d'alignement réciproque importante. Outre le prix de revient plus avantageux, d'autres avantages peuvent être escomptés. Les manchons d'extrémité peuvent avoir un diamètre légèrement plus grand que le diamètre d'ajustage du manchon central en acier et, de ce fait, servir à friction de retenue dans l'alésage où est monté l'élément.
Dans une variante, cette retenue par friction peut s'effectuer par des bossages 28 de faible hauteur en forme de points ou raies positives situés sur le diamètre extérieur des manchons d'extrémité. Le sommet de ces bossages 28 étant inscrit sur un diamètre légèrement supérieur au diamètre d'ajustage prévu dans le logement où se monte l'élément.
Plus de 70% de l'élément consistant en une matière plastique, le poids de l'élément est moins important et on sera, dans certains cas, avantagé lors d'utilisation avec une limitation de masse en mouvement. Un poids réduit influence aussi favorablement les frais de transport et facilite la manutention tant au niveau de la distribution commerciale que dans les opérations de montage de l'élément.
Le diamètre des billes varie entre 1/4 de diamètre de l'arbre pour les petits modèles et 1/9 du diamètre de l'arbre pour les grands modèles. En effet, une cage à billes en plastique n'est pas compatible avec des billes de trop petite dimension, sa hauteur de section étant alors trop faible. D'autre part, le système de fixation des parties additionnelles dans la cage oblige cette dernière à posséder une section suffisante.
Les éléments sont prévus depuis le diamètre de l'arbre de 6 jusqu'à 50 mm.
Le nombre de chemins de circulation est de quatre pour des éléments fonctionnant sur un arbre n'excédant pas 10 mm de diamètre, cinq pour ceux prévus pour des arbres de 12 à 20 mm et de six pour les plus grands modèles. Pour les versions ouvertes, on enlève un chemin à ces nombres, excepté pour les petits modèles jusqu'à 10 mm qui ne sont pas fabriqués en version ouverte.
Le nombre des pistons de fixation d'une partie additionnelle est de trois pour les dimensions jusqu'à 20 mm de diamètre de l'arbre et de quatre pour les plus grandes dimensions. Les pistons et les alésages correspondants se trouvent dans une position angulaire différente des chemins de circulation, cela pour ne pas affaiblir la cage intérieure, en particulier pour les versions ouvertes où l'on fera coïncider les positions réciproques pour obtenir une plus grande rigidité de la cage face à l'ouverture.
En conclusion, dans une exécution différée, si l'on désire obtenir un élément qui ne possède pas l'effet autoalignant, il suffit de prévoir le manchon central en acier dont le diamètre extérieur est cylindrique et constant sur toute sa longueur.