CH655160A5 - BALL TRANSMISSION BETWEEN TWO SHAFTS. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne la transmission d'un mouvement io de rotation ou la modification d'orientation relative entre deux arbres rotatifs non alignés. The present invention relates to the transmission of a rotational movement or the modification of relative orientation between two non-aligned rotary shafts.
Elle vise plus particulièrement les transmissions mécaniques à cardan simple et double et les articulations à inclinaison variable. It relates more particularly to mechanical transmissions with single and double gimbals and articulations with variable inclination.
Les joints à cardan classiques comportent généralement une '5 rotule centrale ou un arbre coulissant. Conventional universal joints generally have a central ball joint or a sliding shaft.
Un joint de cardan simple comporte deux pivots au minimum et, dans ce cas, la transmission du mouvement n'est pas homocinétique. A simple universal joint has at least two pivots and, in this case, the transmission of the movement is not constant velocity.
Pour des utilisations courantes, un joint simple permet cependant de transmettre un mouvement pratiquement homocinétique, du 20 fait des jeux internes, mais limité à des angles de 6 à 7\ Pour des décalages angulaires plus importants, on utilise généralement des joints doubles qui nécessitent une égalité d'angles ainsi qu'une orientation des axes de pivots identiques. For common uses, however, a single joint makes it possible to transmit a movement that is practically homokinetic, due to internal play, but limited to angles of 6 to 7. For larger angular offsets, double joints are generally used which require a equal angles as well as an orientation of the axes of identical pivots.
Ce n'est qu'à cette condition que la transmission est homocinéti-25 que entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie. It is only under this condition that the transmission is homokinetic only between the input shaft and the output shaft.
Une transmission est dite homocinétique lorsque les angles décrits par les deux arbres entraînés ont exactement la même valeur par rapport à une origine connue. A transmission is said to be homokinetic when the angles described by the two driven shafts have exactly the same value compared to a known origin.
Les joints à cardan classiques utilisés notamment sur les automo-30 biles et les transmissions de puissance peuvent être du type à croisillon, dont un exemple est le joint Spicer-Glaenzer, ou du type à billes, tels les systèmes Weiss, Rzeppa, qui sont des joints à trois pivots matérialisés par les billes qui circulent sur des chemins de roulement curvilignes et présentent de grandes difficultés d'usinage pour de 3S faibles possibilités de coulissement et d'inclinaison. The conventional universal joints used in particular on auto-biles and power transmissions can be of the spider type, an example of which is the Spicer-Glaenzer seal, or of the ball type, such as the Weiss, Rzeppa systems, which are joints with three pivots materialized by the balls which circulate on curvilinear raceways and present great machining difficulties for 3S low possibilities of sliding and tilting.
Un autre joint à cardan classique est le joint dit Tripode composé essentiellement d'un axe sur lequel sont plantés trois axes perpendiculaires concourants, sur lesquels tournent des galets cylindriques ou sphériques, l'ensemble coulissant dans un arbre femelle 40 dit tulipe. Another conventional universal joint is the so-called Tripod joint consisting essentially of an axis on which three concurrent perpendicular axes are planted, on which rotate cylindrical or spherical rollers, the assembly sliding in a female shaft 40 called a tulip.
Ce joint présente également de grandes difficultés d'usinage et une certaine fragilité. This seal also presents great machining difficulties and a certain brittleness.
L'invention a pour but une transmission à bille ne présentant pas les inconvénients des joints classiques, d'usinage et d'assemblage 45 faciles, avec de bonnes capacités de coulissement, un grand angle de fonctionnement pouvant atteindre par exemple 20 , et se prêtant particulièrement bien à la réalisation de joints homocinétiques. The object of the invention is to provide a ball-bearing transmission which does not have the drawbacks of conventional seals, of easy machining and assembly 45, with good sliding capacities, a large operating angle which can reach for example 20, and which is suitable particularly good at producing constant velocity joints.
L'invention a pour objet une transmission mécanique à bille entre deux bouts d'arbres, caractérisée en ce que l'extrémité frontale so d'un premier bout d'arbre est creusée d'un embout femelle comportant un logement axial dont la section droite présente au moins un lobe latéral formant un conduit cylindrique de révolution non perpendiculaire à l'axe du premier bout d'arbre, le lobe ayant une section droite délimitée par un arc outrepassé, en ce que le second 55 bout d'arbre est prolongé par au moins un embout mâle, dont la largeur transversalement à l'axe du second bout d'arbre est inférieure à celle de l'ouverture libre de l'arc outrepassé du lobe du conduit associé à cet embout, et dont la paroi la plus éloignée de l'axe du second bout d'arbre est creusée à proximité de son extrémité 60 d'un évidement cylindrique de révolution, de même diamètre que le conduit associé du premier bout d'arbre et d'axe non parallèle à celui du second bout d'arbre, cet évidement ayant une section droite limitée par deux arcs de cercle diamétralement opposés, et en ce qu'une bille de liaison, de diamètre correspondant au jeu près, est 65 insérée et maintenue librement à la fois dans le conduit du premier bout d'arbre et dans l'évidement du second bout d'arbre. The subject of the invention is a mechanical ball transmission between two ends of shafts, characterized in that the front end so of a first end of shafts is hollowed out with a female end fitting comprising an axial housing whose cross section has at least one lateral lobe forming a cylindrical conduit of revolution which is not perpendicular to the axis of the first end of the shaft, the lobe having a cross section delimited by a protruding arc, in that the second 55 end of the shaft is extended by at least one male end piece, the width of which transverse to the axis of the second end of the shaft is less than that of the free opening of the protruding arch of the lobe of the duct associated with this end piece, and the wall of which is the most distant the axis of the second end of the shaft is hollowed out near its end 60 with a cylindrical recess of revolution, of the same diameter as the associated conduit of the first end of the shaft and of axis not parallel to that of the second end of tree, this recess having a cross section l imitated by two diametrically opposite arcs of a circle, and in that a connecting ball, of diameter corresponding to the clearance, is inserted and held freely both in the duct of the first end of the shaft and in the recess of the second end of the tree.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, notamment en ce qui concerne l'usinage, l'axe de l'évidement cylindri In a particularly advantageous embodiment, in particular as regards machining, the axis of the cylindrical recess
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que de l'embout mâle est perpendiculaire à l'axe du second bout d'arbre. that the male end piece is perpendicular to the axis of the second end of the shaft.
Pour des transmissions d'une certaine puissance, il est avantageux que le logement femelle du premier bout d'arbre présente au moins deux conduits cylindriques, parallèles, répartis radialement, l'embout mâle du second bout d'arbre présentant autant d'éléments radiaux correspondant avec autant de billes de liaison que d'ensembles conduit-élément associés. For transmissions of a certain power, it is advantageous that the female housing of the first end of the shaft has at least two parallel cylindrical conduits, distributed radially, the male end of the second end of the shaft having as many radial elements corresponding with as many connecting balls as associated conduit-element assemblies.
En ce cas, le logement femelle présente, de préférence, un conduit axial cylindrique de révolution avec trois lobes, régulièrement répartis en étoile, l'embout mâle ayant une section droite en forme de Y à branches symétriques décalées entre elles de 120°. In this case, the female housing preferably has a cylindrical axial duct of revolution with three lobes, regularly distributed in a star, the male end piece having a Y-shaped cross section with symmetrical branches offset between them by 120 °.
L'invention peut s'appliquer à une transmission mécanique homocinétique double, à billes, entre deux bouts d'arbres rotatifs, non alignés, concourants ou non, comprenant deux transmissions à bille et avec un arbre intermédiaire disposé librement entre les deux bouts d'arbres, chacune des extrémités de l'arbre intermédiaire formant respectivement avec le bout d'arbre associé une transmission simple. The invention can be applied to a double constant velocity mechanical transmission, with balls, between two ends of rotary shafts, non-aligned, concurrent or not, comprising two ball transmissions and with an intermediate shaft freely positioned between the two ends of trees, each of the ends of the intermediate shaft forming respectively with the associated shaft end a simple transmission.
Une telle transmission homocinétique peut être réalisée avec un arbre intermédiaire portant à chaque extrémité un embout de même type, mâle ou femelle, chacun des embouts d'arbres se terminant par un embout de même type complémentaire de ceux de l'arbre intermédiaire. Such constant velocity transmission can be carried out with an intermediate shaft carrying at each end a tip of the same type, male or female, each of the shaft tips ending in a tip of the same type complementary to those of the intermediate shaft.
Les embouts, aux extrémités de l'arbre intermédiaire, peuvent présenter un décalage angulaire l'un par rapport à l'autre dans des plans parallèles, ou être alignés. The ends, at the ends of the intermediate shaft, can have an angular offset relative to each other in parallel planes, or be aligned.
L'arbre intermédiaire peut être disposé librement entre les deux bouts d'arbre, mais on peut limiter ses déplacements à l'aide d'au moins une butée élastique. The intermediate shaft can be placed freely between the two ends of the shaft, but its movements can be limited using at least one elastic stop.
Ainsi, dans une transmission double suivant l'invention, on solidarise en rotation les deux bouts d'arbre portant respectivement un embout mâle et un embout femelle par insertion à l'intérieur de l'embout femelle d'au moins un organe de liaison ayant une liberté de coulissement à la fois et seulement parallèlement à l'axe de l'un des arbres et angulairement par rapport à l'axe de l'autre arbre. Thus, in a double transmission according to the invention, the two ends of the shaft carrying a male endpiece and a female endpiece respectively are joined in rotation by inserting at least one connecting member having inside the female endpiece. freedom of sliding at a time and only parallel to the axis of one of the shafts and angularly relative to the axis of the other shaft.
Dans une application de l'invention à une transmission commandant l'inclinaison relative entre deux arbres, l'extrémité libre de chacun des éléments radiaux de l'embout mâle pénétrant dans l'embout femelle est assujettie à un poussoir coulissant parallèlement à l'axe dans un prolongement interne de chaque conduit de l'embout femelle et actionnable à volonté pour modifier l'angle formé par les axes des deux bouts d'arbres. In an application of the invention to a transmission controlling the relative inclination between two shafts, the free end of each of the radial elements of the male end piece penetrating into the female end piece is subjected to a sliding plunger parallel to the axis in an internal extension of each conduit of the female end piece and actuable at will to modify the angle formed by the axes of the two ends of the shafts.
Un mode de réalisation d'une telle transmission, particulièrement intéressant pour la réalisation d'un poignet de robot, comprend trois poussoirs parallèles reliés chacun respectivement à une branche de l'embout mâle par une biellette. One embodiment of such a transmission, particularly advantageous for the production of a robot wrist, comprises three parallel pushers each connected respectively to a branch of the male end piece by a link.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation de l'invention. The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and on examining the appended drawings which represent, by way of nonlimiting examples, two embodiments of the invention.
La fig. 1 est une vue schématique, en coupe axiale, d'une transmission à bille simplifiée suivant l'invention, Fig. 1 is a schematic view, in axial section, of a simplified ball transmission according to the invention,
la fig. 2 est une vue en bout de l'embout femelle de la transmission de la fig. 1, fig. 2 is an end view of the female end piece of the transmission of FIG. 1,
la fig. 3 est une vue en plan de l'embout mâle de la transmission de la fig. 1, fig. 3 is a plan view of the male end piece of the transmission in FIG. 1,
la fig. 4 est une vue schématique, en coupe axiale, d'une transmission mécanique homocinétique double à billes suivant l'invention. fig. 4 is a schematic view, in axial section, of a double constant velocity mechanical transmission with balls according to the invention.
la fig. 5 est une vue schématique, en coupe, suivant la ligne V-V de la fig. 4, fig. 5 is a schematic view, in section, along the line V-V of FIG. 4,
la fig. 6 est une vue par-dessus de l'arbre intermédiaire de la transmission de la fig. 4, fig. 6 is a view from above of the intermediate shaft of the transmission of FIG. 4,
la fig. 7 est une vue schématique, en coupe, suivant la ligne VII-VII de la fig. 6, fig. 7 is a schematic view, in section, along the line VII-VII of FIG. 6,
la fig. 8 est une vue en bout, suivant la flèche VIII. de l'arbre intermédiaire de la fig. 6, fig. 8 is an end view, along arrow VIII. of the intermediate shaft of fig. 6,
la fig. 9 est un diagramme montrant schématiquement, dans le plan suivant la ligne IX-IX de la fig. 4, les déplacements du centre des billes dans cette transmission, et la fig. 10 est une vue schématique partiellement en coupe d'une 5 transmission à inclinaison variable suivant l'invention. fig. 9 is a diagram showing diagrammatically, in the plane along line IX-IX of FIG. 4, the displacements of the center of the balls in this transmission, and FIG. 10 is a schematic partially sectional view of a variable tilt transmission according to the invention.
La transmission à cardan simple représentée sur les fig. 1 à 3 assure la liaison, en rotation, entre deux bouts d'arbres 1 et 2, disposés angulairement. The simple cardan transmission shown in figs. 1 to 3 ensures the connection, in rotation, between two ends of shafts 1 and 2, arranged angularly.
L'extrémité frontale du bout d'arbre 1 est creusée d'un embout io femelle comportant un logement axial 3, dont la section droite en trou de serrure présente un lobe latéral formant un conduit 4 cylindrique de révolution parallèle à l'axe X-X du bout d'arbre 1. Le lobe latéral formant le conduit cylindrique 4 a une section droite en forme d'arc outrepassé dont les bords sont définis par un évidement 15 radial 40. The front end of the shaft end 1 is hollowed out with a female end piece having an axial housing 3, the cross section of which has a keyhole has a lateral lobe forming a cylindrical conduit 4 of revolution parallel to the axis XX of the end of the shaft 1. The lateral lobe forming the cylindrical duct 4 has a cross section in the form of a protruding arc, the edges of which are defined by a radial recess 40.
Le second bout d'arbre 2 est prolongé par un embout mâle 5 de forme rectangulaire, dont la largeur est inférieure à celle de l'évidement radial 40, dans lequel il peut circuler librement. The second end of the shaft 2 is extended by a male endpiece 5 of rectangular shape, the width of which is less than that of the radial recess 40, in which it can circulate freely.
Sur sa tranche extérieure est creusé un évidement 6 cylindrique 20 radial de même diamètre que le conduit 4 de l'arbre 1. On its outer edge is hollowed out a radial cylindrical recess 6 of the same diameter as the conduit 4 of the shaft 1.
Cet évidement 6 a une section droite limitée par deux arcs de cercle diamétralement opposés. This recess 6 has a cross section limited by two diametrically opposite arcs of a circle.
Une bille 7 de liaison, de diamètre correspondant au jeu près à ceux du conduit 4 et de l'évidement 6, est insérée à la fois dans le 25 conduit 4 et l'évidement 6, assurant ainsi la liaison mécanique entre les deux bouts d'arbre. A connecting ball 7, of diameter corresponding to the clearance close to that of the conduit 4 and the recess 6, is inserted both in the conduit 4 and the recess 6, thus ensuring the mechanical connection between the two ends d 'tree.
Après rotation d'un demi-tour, les positions respectives des deux arbres 1 et 2 sont indiquées en pointillés sur la fig. 1. Une telle transmission simplifiée ne permet pas la transmission de puissance 30 notable, mais peut servir à des indexages, ou encore à la réalisation de transmissions simples, notamment pour des jouets. Elle est d'un usinage particulièrement simple et peut être réalisée par moulage sans aucune difficulté. After rotation of a half-turn, the respective positions of the two shafts 1 and 2 are indicated by dotted lines in FIG. 1. Such a simplified transmission does not allow the transmission of significant power, but can be used for indexing, or even for the production of simple transmissions, in particular for toys. It is particularly simple to machine and can be produced by molding without any difficulty.
Elle tolère des décalages angulaires entre les axes X-X et Y-Y des 35 arbres 1 et 2, du même ordre au moins que les transmissions classiques, ainsi qu'un coulissement relativement important de l'un des arbres par rapport à l'autre. It tolerates angular shifts between the axes X-X and Y-Y of the shafts 1 and 2, of the same order at least as conventional transmissions, as well as a relatively large sliding of one of the shafts relative to the other.
La transmission homocinétique représentée sur les fig. 4 à 8 est constituée essentiellement par deux transmissions à billes simples, 40 réunies par un arbre intermédiaire 50 assurant la liaison entre les deux arbres 20, 21, entre lesquels doit être assurée la transmission en rotation. The constant velocity transmission shown in figs. 4 to 8 consists essentially of two simple ball transmissions, 40 joined by an intermediate shaft 50 ensuring the connection between the two shafts 20, 21, between which the rotary transmission must be ensured.
Les arbres 20 et 21 sont l'un et l'autre creusés de logements femelles comprenant trois conduits 10, 11, 12 parallèles, répartis ra-45 dialement en étoile autour d'un conduit axial 19 cylindrique, l'ensemble ayant, en coupe axiale, l'aspect d'un trèfle. The shafts 20 and 21 are both hollowed out of female housings comprising three parallel conduits 10, 11, 12, distributed in a star-shaped fashion around a cylindrical axial conduit 19, the assembly having, in section axial, the appearance of a clover.
L'embout mâle est constitué par l'arbre intermédiaire 50 dont la section droite a la forme d'un Y à branches symétriques 13, 14, 15, décalées entre elles de 120°. The male end piece is constituted by the intermediate shaft 50 whose cross section has the shape of a Y with symmetrical branches 13, 14, 15, offset between them by 120 °.
50 Chacune des branches 13,14, 15 est creusée, au voisinage de ses extrémités, de deux logements cylindriques 24, 25, 26, 27 et 28, 29, de même diamètre que les conduits 10,11,12, dans lesquels sont logées six billes 16, 17, 18, 30, 31, qui assurent la liaison entre l'arbre intermédiaire 50 et les deux bouts d'arbres 20, 21 par coulissement 55 dans les conduits 10, 11, 12 de chacun des embouts femelles des arbres 20 et 21. 50 Each of the branches 13, 14, 15 is hollowed, in the vicinity of its ends, of two cylindrical housings 24, 25, 26, 27 and 28, 29, of the same diameter as the conduits 10, 11, 12, in which are housed six balls 16, 17, 18, 30, 31, which provide the connection between the intermediate shaft 50 and the two ends of shafts 20, 21 by sliding 55 in the conduits 10, 11, 12 of each of the female ends of the shafts 20 and 21.
En bout de chaque extrémité de l'arbre intermédiaire 30 sont creusés deux logements 32, 33 respectivement recevant des billes de butée 34, 35, qui viennent porter respectivement contre des plaques 60 d'appui 36, 37 sollicitées élastiquement par un ressort 22 et un bloc de caoutchouc 23. At the end of each end of the intermediate shaft 30 are hollowed out two housings 32, 33 respectively receiving thrust balls 34, 35, which come to bear respectively against support plates 60, 37, elastically urged by a spring 22 and a rubber block 23.
Ainsi, on évite tout débattement intempestif de l'arbre intermédiaire 50 entre les deux bouts d'arbres 20, 21, notamment pour la transmission de rotation d'une certaine vitesse. This avoids any untimely movement of the intermediate shaft 50 between the two ends of the shafts 20, 21, in particular for the transmission of rotation at a certain speed.
65 Dans de nombreuses applications pratiques, une seule butée élastique suffît, l'autre butée étant constituée par une face d'appui. 65 In many practical applications, a single elastic stop is sufficient, the other stop being constituted by a bearing face.
Un soufflet 38 réunissant les deux bouts d'arbres 20, 21 met la transmission à l'abri de la pollution. A bellows 38 uniting the two ends of the shafts 20, 21 protects the transmission from pollution.
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Une telle transmission homocinétique permet des accouplements d'arbres présentant des décalages angulaires ainsi que des déports de parallélisme relativement importants et des transmissions de puissance et de vitesse de rotation relativement élevées. La transmission reste homocinétique dans tous les angles d'inclinaison. . Such a constant velocity transmission allows shaft couplings having angular offsets as well as relatively large parallel offset and relatively high power and rotational speed transmissions. The transmission remains constant velocity in all angles of inclination. .
L'étude cinématique d'une telle transmission double à billes montre, contrairement aux transmissions classiques à cardan, que l'axe de l'arbre intermédiaire n'est jamais concourant avec les axes respectifs des deux bouts d'arbres qu'il relie, sauf si les trois axes sont en alignement. En effet, lorsqu'il est incliné et autour de sa rotation, le centre de l'arbre intermédiaire décrit une élipse comme représenté sur la fig. 9 où 39 indique le point où l'axe de l'arbre 50 rencontre le plan des trois billes 16, 17,18. La courbe 40-schématise le trajet du point 39. La courbe 41 schématise la trajectoire de l'axe des trois billes 16, 17,18. The kinematic study of such a double ball transmission shows, unlike conventional cardan transmissions, that the axis of the intermediate shaft is never concurrent with the respective axes of the two ends of the shafts which it connects, unless the three axes are aligned. Indeed, when it is inclined and around its rotation, the center of the intermediate shaft describes an ellipse as shown in fig. 9 where 39 indicates the point where the axis of the shaft 50 meets the plane of the three balls 16, 17, 18. The curve 40-schematizes the path of the point 39. The curve 41 schematizes the trajectory of the axis of the three balls 16, 17,18.
A titre indicatif, avec des billes 16,17, 18 dont le centre est écarté As an indication, with balls 16, 17, 18 whose center is separated
radialement d'environ 10 mm de l'axe 50, les dimensions de l'élipse sont de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre suivant l'inclinaison dans des conduits parallèles 49, 51, 52 d'un logement femelle trilobé (fig. 10), analogue à celui des arbres 20 et 21 de l'exemple de 5 la fig. 4, creusé dans le second bout d'arbre 48. Dans le prolonge-- ment axial de chacun des trois conduits 49, 51, 52 sont creusés des logements 53 pour des poussoirs 54, 55 reliés chacun par une biel-lette 56. 57 respectivement à une branche 44, 45 de l'embout mâle 43. Chaque poussoir 54, 55 peut constituer le piston d'un vérin dont io le cylindre est formé par le logement 53 associé. radially about 10 mm from the axis 50, the dimensions of the ellipse are of the order of a few tenths of a millimeter depending on the inclination in parallel conduits 49, 51, 52 of a three-lobed female housing (fig. 10), similar to that of the shafts 20 and 21 of the example of 5 in FIG. 4, hollowed out in the second end of the shaft 48. In the axial extension of each of the three conduits 49, 51, 52 are hollowed out housings 53 for pushers 54, 55 each connected by a connecting rod 56. 57 respectively to a branch 44, 45 of the male end 43. Each pusher 54, 55 can constitute the piston of a jack whose io the cylinder is formed by the associated housing 53.
L'admission contrôlée d'un fluide hydraulique dans chaque cylindre du vérin permet d'orienter à volonté l'axe de l'arbre 42 par rapport à Taxe de l'arbre 48. Cette transmission est utilisée dans le poignet d'un robot. The controlled admission of a hydraulic fluid into each cylinder of the jack makes it possible to orient the axis of the shaft 42 relative to the axis of the shaft 48 at will. This transmission is used in the wrist of a robot.
'5 En variante, on peut actionner chaque poussoir par tout moyen classique, tel que vérin à vis, tringlerie ou autre. '5 Alternatively, each pusher can be actuated by any conventional means, such as a screw jack, linkage or the like.
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2 feuilles dessins 2 sheets of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |