FR3098268A1 - Vis à rouleaux satellites a dentures asymétriques - Google Patents
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Abstract
Mécanisme (100) de vis à rouleaux satellites comprenant une vis (110) munie d’un filet externe (110F), un écrou (130) entourant coaxialement la vis et muni d’un filet interne (130F); des rouleaux (120) chacun muni d’un filet externe (120F) et interposé entre la vis et la vis et l’écrou, chaque rouleau présentant des extrémités munies chacune d’une denture externe (120D); deux dentures (140D,140’D) de couronnes (140,140’) coaxiales à la vis et dans lesquelles s’engrènent les dentures externes des rouleaux; de telle sorte que les dents de dentures ont des flancs convexes ou concaves ou encore droits présentant, en section transversale, des profils asymétriques. Figure à publier : Fig.1A
Description
La présente invention concerne le domaine des vis à rouleaux satellites permettant de transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation linéaire, et vice-versa, avec un rendement élevé.
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 qui sont des éléments roulants, disposés tels des satellites ou des planètes coaxialement autour de la vis, chacun muni d’un filet externe et interposé entre le filet externe de la vis et le filet interne de l’écrou; des portes-rouleaux ou bagues d’espacement qui guident et positionnent angulairement les rouleaux satellites.
Le mécanisme comporte, en outre, des bagues annulaires ou cylindriques, appelées couronnes, qui sont équipées de dentures dites de synchronisation, et sont montées diversement au sein du mécanisme. Le mécanisme comporte aussi des dentures réalisées aux extrémités des rouleaux, engrenant avec les dentures desdites couronnes. Dans une vis à rouleaux dite standard, les couronnes sont intérieures et montées fixes dans l’écrou, tandis que dans une vis à rouleaux inversée, elles sont extérieures et montées fixes sur la vis. Toutefois, dans une vis à rouleaux dite «à pas résultant nul» ou «à pas zéro», il y a deux jeux de couronnes. Un premier jeu est fait de couronnes extérieures montées fixes sur la vis et un second jeu est fait de couronnes intérieures montées fixes dans l’écrou; un jeu étant composé en général de deux couronnes mais un jeu d’une seule couronne est également possible.
Les dentures des rouleaux et celles des couronnes forment un engrenage ou un train planétaire dont le rôle est d’assurer une synchronisation du mouvement satellitaire, encore dit planétaire ou épicycloïdal, des rouleaux. La fonction des dentures est de fluidifier le mouvement des rouleaux en les aidant à rouler aisément, avec le moins de glissement possible, sur les pistes des filetages de la vis et/ou de l’écrou.
Lorsque la vis tourne autour de son axe par rapport à l’écrou, les rouleaux tournent sur eux-mêmes tout en faisant une révolution autour de la vis, et les dentures de synchronisation guident les rouleaux dans leur mouvement de rotation de sorte que leurs axes longitudinaux restent parallèles à l’axe longitudinal du mécanisme: c’est le mouvement planétaire des rouleaux. Il en est de même pour le mouvement des rouleaux lorsque l’écrou tourne autour de son axe par rapport à la vis, et que la vis se met en translation rapport à l’écrou. Suivant le sens de rotation de la vis ou de l’écrou, ce mouvement planétaire des rouleaux s’opère dans le sens horaire ou dans le sens anti-horaire. Ledit mouvement planétaire des rouleaux, combiné à la géométrie des filets des pièces du mécanisme, provoque un déplacement axial ou une translation de l’écrou par rapport à la vis, ou inversement, dans l’une ou l’autre direction axiale selon la rotation de la pièce d’entraînement. Cette translation relative de l’écrou par rapport à la vis peut être nulle ou non nulle selon qu’il s’agisse d’une vis à pas zéro ou non.
Le principe fondamental des vis à rouleaux satellites munies de dentures, telles que développées jusque de nos jours, est basé sur le fait que, dans les deux sens de déplacement axial, le mouvement de translation de l’écrou relativement à la vis résulte du mouvement planétaire des rouleaux. En clair, le mouvement de translation et le mouvement planétaire sont intimement liés et indissociables. En outre, le mouvement de ces éléments roulants que sont les rouleaux permet au mécanisme d’afficher dans les deux sens un rendement élevé, généralement supérieur à 0,79.
Les dentures des couronnes tout comme celles des rouleaux sont constituées d’une pluralité de dents présentant des flancs dont le contour actif en phase d’engrènement définit le profil. Les flancs des dents d’une denture déterminent ses capacités de charge. La capacité de charge d’une denture est son seuil de résistance à différentes sollicitations mécaniques, principalement la flexion, en statique et en dynamique.
Les dentures des couronnes et des rouleaux que comporte le mécanisme de vis à rouleaux satellites ont toujours été et sont toujours des dentures symétriques, c’est-à-dire de dentures faites de dents dont les flancs ont des profils symétriques l’un par rapport à l’autre, lesdits profils étant comme le reflet, au travers d’un miroir (fictif), de l’un ou de l’autre en considérant l’axe médian d’une dent donnée. Les capacités de charge associées aux dentures symétriques sont identiques selon que l’on considère l’un ou l’autre des flancs sollicités d’une dent quelconque dans le mécanisme en fonctionnement, et donc indépendantes du sens de rotation.
Par ailleurs, le mécanisme de vis à rouleaux satellites est entièrement réversible. La réversibilité d’une vis à rouleaux satellites est son aptitude à induire un déplacement axial de la pièce mobile en translation sous l’action d’une charge axiale motrice en l’absence d’un couple moteur sur la pièce tournante ou en liaison pivot avec le bâti. En clair, c’est son aptitude à reproduire la cinématique inverse lorsque que l’on inverse le circuit de chargement. Le corollaire en est que l’irréversibilité est l’aptitude d’une vis à rouleaux à ne pas être réversible quelle que soit la charge axiale motrice qui lui est appliquée comme on l’observe pour une vis à friction réputée irréversible pour des angles d’hélice faibles.
Dès lors, il convient de préciser que les notions de réversibilité et d’irréversibilité ne s’entendent, dans le cas d’une vis à rouleaux à pas zéro dont la fonction réside soit dans le guidage en rotation soit dans la réduction de couple, et non dans la transformation d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation, que du point de vue du blocage unidirectionnel d’un mouvement de rotation comme dans une roue-libre ou du point de vue de la transmission de couple dans un train épicycloïdal. Ainsi, une vis à rouleaux à pas zéro réversible autorise le mouvement (si en mode roulement) ou la transmission de couple (si en mode réducteur) dans les deux sens tandis qu’une vis à rouleaux à pas zéro irréversible bloque tout mouvement inverse (si en mode roulement) ou retour de couple (si en mode réducteur) en provenance de l'organe récepteur.
Le brevet US 9267587 B2 divulgue un mécanisme de vis à rouleaux satellites comportant des dentures symétriques et revêt tous les aspects précédemment décrits. Le principe fondamental de fonctionnement du mécanisme de ce brevet s’articule bien autour du mouvement planétaire des rouleaux dans les deux sens et le mécanisme est, de plus, entièrement réversible.
Le brevet FR 2999674 B1 divulgue une vis à pas zéro, une variante de la vis à rouleaux satellites, intégrant une paire de couronnes extérieures sur la vis et une paire de couronnes intérieures sur l’écrou. Les dentures de ces deux paires de couronnes et celles des rouleaux sont toutes symétriques. Dans cette variante de vis à rouleaux, tout déplacement axial ou toute translation des composants, les uns par rapport aux autres, est supprimé(e), ce qui en fait une sorte de roulement ou de butée à rouleaux filetés et dentés. Même si le déplacement axial est prohibé, ledit mécanisme de vis à rouleaux n’en repose pas moins, pour ce qui est son principe de fonctionnement, sur le mouvement planétaire bidirectionnel des rouleaux.
Cependant, de tels mécanismes de vis à rouleaux satellites des deux précédents brevets, équipés de dentures à flancs symétriques, ne permettent pas d’adapter la capacité de charge des dentures en fonction de la nature et de la direction de la charge et du couple de rotation appliqués, puisque les capacités de charge des dentures symétriques de ce mécanisme, comme mentionné précédemment, sont indépendantes des flancs de dents sollicités, donc du sens de chargement ou du sens de rotation des composants.
Ces dentures symétriques ne permettent pas non plus de modifier le mouvement planétaire bidirectionnel des rouleaux, donc le principe fondamental du mécanisme, ne serait-ce qu’en partie. Ce qui en limite grandement les perspectives ou les applications éventuelles.
Une autre insuffisance du mécanisme du brevet US 9267587 B2 est sa réversibilité. Cette réversibilité est pénalisante dans des applications mécaniques où le besoin d’irréversibilité de la vis à rouleaux est un impératif, obligeant alors à recourir à des mécanismes complémentaires comme les systèmes de roues-libres pour la réaliser, ce qui a pour inconvénients de complexifier les designs, d’augmenter le poids, l’encombrement, le coût des solutions, etc.
Il en est de même du mécanisme du brevet FR 2999674 B1 où sa réversibilité est un frein à son utilisation, dans des applications particulières, comme une alternative aux roue-libres où celles-ci peuvent être moins capacitives ou encombrantes.
Un mécanisme de vis à rouleaux satellites selon l’invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
Un tel mécanisme de vis à rouleaux selon l’invention comprend des dentures asymétriques. Il est entendu qu’une denture asymétrique se réfère à des dents de profils asymétriques, c’est-à-dire des profils non-symétriques par rapport à l’axe médian de ladite dent. Suivant leur définition ou leur conception, les dentures asymétriques peuvent déterminer des modes de fonctionnement différents du mécanisme de vis à rouleaux satellites et modifier avantageusement sa nature intrinsèque ou son principe de fonctionnement.
Le premier avantage des dentures asymétriques est de permettre une différenciation des capacités de charge des dentures associées à chaque flanc de dent suivant le sens de déplacement ou de rotation et d’adapter celles-ci à différentes situations de chargement. Ainsi, il est possible de renforcer les capacités de charge dans une direction et de les diminuer dans l’autre, et inversement. Dans cette configuration, ces dentures asymétriques sont dites «non-bloquantes» car elles n’empêchent pas les rouleaux de se mouvoir en rotation dans les deux sens et ne modifient pas le principe fondamental de fonctionnement du mécanisme de vis à rouleaux satellites.
Le second avantage des dentures asymétriques est leur aptitude à modifier le principe fondamental de la vis à rouleaux en altérant le mouvement planétaire bidirectionnel des rouleaux. En clair, les dentures asymétriques permettent de modifier le fonctionnement de la vis à rouleaux satellites en empêchant circonférenciellement tout mouvement de rotation des rouleaux, pour une direction de rotation, relatif à une direction axiale, et ainsi de convertir celle-ci en une vis à friction dans ladite direction. La vis à rouleaux conserve alors son fonctionnement habituel dans l’autre direction de rotation, et donc de déplacement axial. Une telle vis à rouleaux satellites est dite «hybride». Dans cette configuration, les dentures asymétriques sont dites «semi-bloquantes» car elles interdisent aux rouleaux de se mouvoir en rotation dans un, et un seul sens, et modifient ainsi pour ce sens le principe fondamental de fonctionnement du mécanisme de vis à rouleaux satellites car le mouvement de translation, dans une seule direction axiale, n’est plus associé à un mouvement planétaire des rouleaux. De plus, pour une valeur d’angle d’hélice de la vis inférieure à 10 degrés, cette vis à rouleaux satellites «hybride» est irréversible.
Le mécanisme de vis à rouleaux selon l’invention peut avantageusement présenter les caractéristiques suivantes:
- la vis à rouleaux peut être une vis à rouleaux standard et les dentures de couronnes intérieures, portées à chaque extrémité du filetage de l’écrou, peuvent être internes, entourant coaxialement la vis et comporter des dents ayant des flancs présentant, en section transversale, des profils asymétriques,
- la vis à rouleaux peut être une vis à rouleaux inversée et les dentures des couronnes extérieures, portées à chaque extrémité du filetage de la vis, peuvent être externes et comporter des dents ayant des flancs présentant, en section transversale, des profils asymétriques,
- la vis à rouleaux peut être une vis à rouleaux satellites à pas zéro, comprenant un jeu de couronnes extérieures fixé sur la vis et un jeu de couronnes intérieures logé dans l’écrou, dont les dentures peuvent comporter des dents ayant des flancs présentant, en section transversale, des profils asymétriques,
- les rouleaux et les portes-rouleaux peuvent se verrouiller, c’est-à-dire s’immobiliser par rapport aux dentures de couronnes, dans une et une seule direction de déplacement circonférentiel, et être mobiles dans la direction inverse de déplacement circonférentiel, tout en assurant la fonction du mécanisme notamment la conversion d’un mouvement de rotation de la vis en un mouvement de translation de l’écrou, ou un mouvement de rotation de l’écrou en un mouvement de translation de la vis,
- les dentures des rouleaux peuvent être externes et au moins une des dentures d’au moins un des rouleaux peut comporter des dents ayant des flancs présentant, en section transversale, des profils asymétriques,
- au moins une des dentures de rouleaux et au moins une des dentures de couronnes intérieures ou extérieures peuvent être non-bloquantes ou semi-bloquantes,
- les dentures des rouleaux et celles des couronnes intérieures ou extérieures, qu’elles soient non-bloquantes ou semi-bloquantes, peuvent être droites ou hélicoïdales,
- le mécanisme de vis à rouleaux satellites peut être irréversible, les rouleaux et les portes-rouleaux étant verrouillés ou immobilisés dans une direction de déplacement circonférentiel grâce à l’action des dentures asymétriques semi-bloquantes,
- les deux flancs de chacune des dents de dentures des rouleaux et des dentures de couronnes peuvent être tous deux concaves, ou convexes, ou droits,
- les deux flancs de chacune des dents de dentures des rouleaux et de dentures des couronnes peuvent être l’un concave ou droit, et l’autre convexe ou droit, ou inversement, et
- les flancs convexes, concaves ou droits des dentures asymétriques peuvent présenter des profils quelconques, notamment curvilignes ou rectilignes, comme les profils en involute ou en développante de cercle, les profils trochoïdaux, les profils cycloïdaux, les profils en arcs circulaires, les profils linéaires ou une combinaison de ces profils.
L’invention peut également s’étendre à un vérin d’actionnement comprenant un mécanisme de vis à rouleaux satellites et couplé à un dispositif d’entraînement mécanique ou électromécanique, la vis du mécanisme étant connectée au moyen d’entraînement.
Description sommaire des dessins
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:
- la figure 1A représente une vue éclatée d’une vis à rouleaux satellites d’un premier mode de réalisation de l’invention;
- la figure 2A est une vue en coupe axiale du mécanisme de la figure 1A montrant l’agencement de ses différents composants une fois assemblés;
- la figure 3A est une vue partielle radiale ou transversale du mécanisme de la figure 2A illustrant la configuration ou l’association des dentures asymétriques non-bloquantes;
- la figure 4A montre une dent à profils asymétriques d’un rouleau muni de dentures non-bloquantes, relativement au premier mode de réalisation;
- la figure 5A montre une dent à profils asymétriques d’une couronne intérieure munie de dentures non-bloquantes, relativement au premier mode de réalisation;
- la figure 1B représente une vue éclatée d’une vis à rouleaux satellites d’un deuxième mode de réalisation de l’invention;
- la figure 2B est une vue en coupe axiale du mécanisme de la figure 1B montrant l’agencement de ses différents composants une fois assemblés;
- la figure 3B est une vue partielle radiale ou transversale du mécanisme de la figure 2B illustrant la configuration ou l’association des dentures asymétriques non-bloquantes;
- la figure 4B montre une dent à profils asymétriques d’une couronne extérieure munie de dentures non-bloquantes, relativement au second mode de réalisation;
- la figure 1C est une vue partielle radiale ou transversale du mécanisme de vis à rouleaux selon un troisième mode de réalisation, suivant une première alternative, illustrant la configuration ou l’association des dentures asymétriques semi-bloquantes;
- la figure 2C montre une dent à profils asymétriques d’un rouleau muni de dentures semi-bloquantes, relativement à un troisième mode de réalisation du mécanisme de vis à rouleaux;
- la figure 3C montre une dent à profils asymétriques d’une couronne intérieure munie de dentures semi-bloquantes, relativement à un troisième mode de réalisation du mécanisme de vis à rouleaux;
- la figure 4C est une vue partielle radiale ou transversale du mécanisme de vis à rouleaux selon un troisième mode de réalisation, suivant deux autres alternatives, illustrant la configuration ou l’association des dentures asymétriques semi-bloquantes;
- la figure 1D est une vue partielle radiale ou transversale du mécanisme de vis à rouleaux selon un quatrième mode de réalisation, suivant une première alternative, illustrant la configuration ou l’association des dentures asymétriques semi-bloquantes;
- la figure 2D montre une dent à profils asymétriques d’une couronne extérieure munie de dentures semi-bloquantes, relativement à un quatrième mode de réalisation du mécanisme de vis à rouleaux;
- la figure 3D est une vue partielle radiale ou transversale du mécanisme de vis à rouleaux selon un troisième mode de réalisation, suivant deux autres alternatives, illustrant la configuration ou l’association des dentures asymétriques semi-bloquantes;
- la figure 1E représente une vue éclatée d’une vis à rouleaux satellites d’un cinquième mode de réalisation de l’invention;
- la figure 2E est une vue partielle radiale ou transversale du mécanisme de la figure 1E illustrant la configuration ou l’association des dentures asymétriques non-bloquantes;
- la figure 3E est une vue partielle radiale ou transversale du mécanisme de la figure 1E illustrant la configuration ou l’association des dentures asymétriques semi-bloquantes;
- la figure 1F représente un actionneur incorporant la vis à rouleaux satellites de la figure 1A;
- la figure 2F illustre un premier dispositif incorporant le mécanisme de la figure 1E; et
- la figure 3F illustre second dispositif incorporant le mécanisme de la figure 1E.
Description d’un premier mode de réalisation
Un premier mode de réalisation de l’invention est décrit à l’aide des figures 1A à 3A.
Les figures 1A et 2A illustrent, selon le premier mode de réalisation, un mécanisme de vis à rouleaux satellites standard 100, comprenant 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, et deux couronnes 140 montées respectivement à chaque extrémité de l’écrou 130 et fixées au moyen d’éléments de fixation tels des goupilles élastiques ou de petites vis de fixation, de la colle, du soudage, du rivetage ou tout autre moyen de réaliser une liaison encastrement.
La vis et les rouleaux sont munis de filetages externes 110F et 120F, respectivement, et l’écrou d’un filetage interne 130F. Les filetages des rouleaux sont destinés à interagir avec les filetages de la vis et de l’écrou.
Les rouleaux comprennent, en outre, des dentures externes 120D situés à leurs extrémités et prolongées, dans ce mode de réalisation, de tourillons lisses 120T.
Un dispositif de guidage et de maintien des rouleaux comprend des portes-rouleaux 150 qui sont montés coaxialement à la vis et entre celle-ci et l’écrou avec des encoches destinées à accueillir les tourillons 120T des rouleaux 120.
Le dispositif de guidage comprend également des dentures de couronnes constituées de dentures internes 140D appartenant aux couronnes intérieures 140 et munies de dents 140d situées du côté de l’écrou, coaxiales à la vis et dans lesquelles s’engrènent les dents 120d des dentures externes 120D situées aux extrémités respectives des rouleaux 120, telles qu’illustrées par la figure 2A.
La figure 3A illustre, dans une phase d’engrènement ou de positionnement, l’agencement des dents 120d de dentures externes d’un rouleau 120 par rapport à celles de dentures internes d’une couronne intérieure 140. Chacune des dents 120d des dentures du rouleau 120 est munie de deux flancs 120S l et 120S r qui sont tous deux convexes, mais de valeurs de convexité différentes. La figure 4A illustre de manière générique une dent 120d constituée de ces deux flancs 120S l et 120S r qui sont caractérisés, dans la section transversale, par des profils ou contours 120P l et 120P r asymétriques par rapport à l’axe médian 120a de la dent 120d.Les longueurs curvilignes Lr l et Lr r respectivement des profils 120P l et 120P r sont distinctes. Si la convexité du flanc 120S l était identique à celle du flanc 120Sr, il en résulterait des profils ou contours 120P l et 120P r symétriques par rapport à l’axe 120a, et les longueurs Lr l et Lr r associées à ces derniers seraient égales ou identiques. L’angle de pression et la pente du profil 120P l sont plus grands que ceux du profil homologue associé à une denture asymétrique tandis que l’angle de pression et la pente du profil 120P r sont plus petits que ceux du profil homologue associé à une denture asymétrique. Chaque dent 120d comprend également en son sommet un raccord 120P S et à sa base un raccord 120P b reliant deux profils 120P l et 120P r contigus . Les raccords 120P S et 120P b peuvent être courbes ou rectilignes.
Chacune des dents 140d des dentures internes 140D de la couronne intérieure, telle que le montre la figure 3A, est munie de deux flancs 140S l et 140S r qui sont tous deux concaves, de valeurs de concavité différentes. La figure 5A illustre de manière générique une dent 140d constituée de ces deux flancs 140S l et 140S r qui sont caractérisés, dans la section transversale, par des profils ou contours 140P l et 140P r asymétriques par rapport à l’axe médian 140a de la dent 140d.De même, les longueurs curvilignes Lc l et Lc r respectivement des profils 140P l et 140P r sont distinctes. Si la concavité du flanc 140S l était identique à celle du flanc 140Sr, il en résulterait des profils ou contours 140P l et 140P r symétriques par rapport à l’axe 140a, et les longueurs Lc l et Lc r associées à ces derniers seraient égales ou identiques. L’angle de pression et la pente du profil 140P r sont plus grands que ceux du profil homologue associé à une denture asymétrique tandis que l’angle de pression et la pente du profil 140P l sont plus petits que ceux du profil homologue associé à une denture asymétrique. Chaque dent 140d comprend également en son sommet un raccord 140P S et à sa base un raccord 140P b reliant deux profils 140P l et 140P r contigus . Les raccords 140P S et 140P b peuvent être courbes ou rectilignes.
En fonctionnement, dans un sens de déplacement axial de l’écrou ou de rotation de la vis, les flancs 120S l du rouleau coopèrent avec les flancs 140S r de la couronne intérieure 140, d’une part, et dans le sens inverse de déplacement axial de l’écrou ou de rotation de la vis, les flancs 120S r du rouleau coopèrent avec les flancs 140S l de la couronne intérieure 140, d’autre part. Les profils 120P l et 121P r du rouleau viennent alors respectivement au contact des profils 140P r et 140P l de la couronne. On dit que les profils 120P l et 140P r ont une action conjuguée ou qu’ils sont conjugués. Il en est de même pour les profils 120P r et 140P l qui sont des profils conjugués.
A l’interface de contact «rouleau-vis» des filetages en interaction, c’est-à-dire le long des filets en prise entre un rouleau et la vis, il survient une cinématique ou un mouvement relatif de «roulement-glissement» caractérisant le mouvement instantané du rouleau relativement à la vis, signifiant que le rouleau roule et glisse simultanément sur les pistes ou flancs du filetage de la vis. A l’interface de contact «rouleau-écrou» des filetages en interaction, c’est-à-dire le long des filets en prise entre un rouleau et l’écrou, il survient une cinématique ou un mouvement relatif de «roulement pur» caractérisant le mouvement instantané du rouleau relativement à l’écrou, signifiant que le rouleau roule sans glisser sur les pistes ou flancs du filetage de l’écrou.
L’allure typique des profils en termes d’asymétrie permet d’avoir des capacités de charges différenciées au niveau des dentures. Ainsi, lorsque les profils 120P l et 140P r engrènent l’un sur l’autre, les dentures affichent une capacité de charge accrue comparativement à des dentures dotées de profils symétriques comme dans un mécanisme de vis à rouleaux standard classique, car les profils 120P l et 140P r sont conçus de sorte à correspondre à des angles de pression ou à des pentes plus élevées. A l’inverse, lorsque les profils 120P r et 140P l engrènent l’un sur l’autre, les dentures affichent une capacité de charge moindre comparativement à des dentures munies de profils symétriques, car les profils 120P r et 140P l sont conçus de manière à correspondre à des angles de pression ou à des pentes plus faibles. Par conséquent, les capacités de charges associées aux profils 120P l et 140P r , d’une part, sont supérieures à celles associées aux profils 120P r et 140P l , d’autre part .
Les dentures internes des couronnes intérieures et les dentures externes des rouleaux, munies de dents aux profils asymétriques, permettent au mécanisme de vis à rouleaux de conserver son principe fondamental, d’avoir un fonctionnement habituel, du point de vue de l’engrènement et de la cinématique, en synchronisant le mouvement des rouleaux par rapport à l’écrou de sorte à éviter tout déplacement axial relatif de l’un vis-à-vis de l’autre. Les dentures favorisent une rotation des rouleaux, donc des portes-rouleaux, dans le sens horaire comme dans le sens anti-horaire. Dans cette configuration, ces dentures avec des profils asymétriques n’empêchent pas le mouvement bidirectionnel des rouleaux et sont dites «non-bloquantes». Le rendement du mécanisme de vis à rouleaux standard dans les deux sens de fonctionnement est alors élevé et inchangé fondamentalement par rapport à la vis à rouleaux possédant des couronnes intérieures et des rouleaux avec des dentures symétriques.
Description d’un deuxième mode de réalisation
Un deuxième mode de réalisation de l’invention est décrit à l’aide des figures 1B à 3B.
Alors que le premier mode de réalisation traite d’une vis à rouleaux satellites standard 100, le deuxième mode de réalisation traite d’une vis à rouleaux satellites inversée 100’ illustrée par la figure 1B, qui repose sur le même principe de fonctionnement que la vis à rouleaux standard, mais dont le système d’écrou est inversé, les couronnes intérieures 140 étant éliminées, les dentures internes de synchronisation 140D étant remplacées par des dentures externes 140’D portées par la vis 110’, et la vis 110’ et l’écrou 130’ étant adaptées aux modifications précédentes.
Dans ce deuxième 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 1B et 2B, et ils sont maintenus espacés au moyen de portes-rouleaux 150’. Les couronnes extérieures 140’ sont intégrées à la structure massive de la vis 110’ mais peuvent être aussi montées sur celle-ci, en étant collées, soudées, frettées ou fixées par de petites vis de fixation ou des goupilles élastiques, ou encore assemblées par tout moyen permettant de réaliser une liaison encastrement.
La figure 3B illustre, dans une phase d’engrènement ou de positionnement, l’agencement des dents 120d de dentures externes d’un rouleau 120 par rapport à celles de dentures externes d’une couronne extérieure 140’. Les flancs 120S l et 120S r des dents 120d de dentures des rouleaux restent convexes pour les rouleaux, avec les mêmes profils 120P l et 120P r asymétriques associés, comme dans le cas du premier mode de réalisation. Les couronnes extérieures 140’ sont munies chacune d’une denture externe faite d’une pluralité de dents 140’d dotées chacune de deux flancs 140’S l et 140’S r convexes, mais de valeurs de convexités différentes ou distinctes. Ces deux flancs d’une dent 140’d quelconque de la couronne extérieure sont caractérisés, dans la section transversale, par des profils ou contours 140’P l et 140’P r asymétriques par rapport à l’axe médian 140’a de ladite dent. De même, les longueurs curvilignes Lc l ’et Lc r ’respectivement des profils 140’P l et 140’P r sont distinctes. L’angle de pression et la pente du profil 140’P l sont plus grands que ceux du profil homologue associé à une denture asymétrique tandis que l’angle de pression et la pente du profil 140’P r sont plus petits que ceux du profil homologue associé à une denture asymétrique. Chaque dent 140d, telle qu’illustrée génériquement par la figure 4B, comprend également en son sommet un raccord 140’P S et à sa base un raccord 140’P b reliant deux profils 140’P l et 140’P r contigus . Les raccords 140’P S et 140’P b peuvent être courbes ou rectilignes.
En fonctionnement, dans un sens de déplacement axial de l’écrou ou de rotation de la vis, les flancs 120S l du rouleau coopèrent avec les flancs 140’S l de la couronne extérieure 140’, d’une part, et dans le sens inverse de déplacement axial de l’écrou ou de rotation de la vis, les flancs 140’S r du rouleau coopèrent avec les flancs 140’S r de la couronne extérieure 140’, d’autre part. Les profils 120P l et 120P r du rouleau viennent alors respectivement au contact des profils 140’P l et 140’P r de la couronne extérieure. Les profils 120P l et 140’P l ont donc une action conjuguée ou sont conjugués. Idem pour les profils 120P r et 140’P r .
A l’interface de contact «rouleau-vis» des filetages en interaction, c’est-à-dire le long des filets en prise entre un rouleau et la vis, il survient une cinématique de «roulement pur», signifiant que le rouleau roule sans glisser sur les pistes ou flancs de filetage de la vis. A l’interface de contact «rouleau-écrou» des filetages en interaction, c’est-à-dire le long des filets en prise entre un rouleau et l’écrou, il survient une cinématique de «roulement-glissement», signifiant que le rouleau roule et glisse simultanément sur les pistes ou flancs de filetage de l’écrou.
Les dentures externes des couronnes extérieures et les dentures externes des rouleaux, telles qu’illustrées par la figure 3B, sont munies de profils asymétriques qui conjuguent leur action d’engrènement et forment, comme dans le cas du premier mode de réalisation, des dentures «non-bloquantes» qui autorisent le mouvement des rouleaux, donc des portes-rouleaux, dans les deux de sens rotation. Ainsi, le rendement du mécanisme de vis à rouleaux inversée dans les deux sens de fonctionnement est alors élevé et inchangé fondamentalement par rapport à une vis à rouleaux inversée possédant des couronnes extérieures et des rouleaux avec des dentures symétriques.
Les dentures «non-bloquantes», dans ce deuxième mode de réalisation, confèrent des capacités de charge différenciées au mécanisme de vis à rouleaux inversée selon le sens de rotation de la vis. Ainsi, lorsque les profils 120P l et 140’P l engrènent l’un sur l’autre, les dentures affichent une capacité de charge accrue comparativement à des dentures dotées de profils symétriques comme dans un mécanisme de vis à rouleaux inversée classique, car les profils 120P l et 140’P l sont conçus de sorte à correspondre à des angles de pression ou à des pentes plus élevées. A l’inverse, lorsque les profils 120P r et 140’P r engrènent l’un sur l’autre, les dentures affichent une capacité de charge moindre comparativement à des dentures munies de profils symétriques, car les profils 120P r et 140’P r sont conçus de sorte à correspondre à des angles de pression ou à des pentes plus faibles. Par conséquent, les capacités de charges associées aux profils 120P l et 140’P l , d’une part, sont supérieures à celles associées aux profils 120P r et 140’P r , d’autre part .
Description d’un troisième mode de réalisation
Ce troisième mode de réalisation porte sur un mécanisme de vis à rouleaux standard muni de dentures «semi-bloquantes». On peut définir les dentures «semi-bloquantes» comme des dentures dont les flancs des dents qui les composent sont caractérisés respectivement par des profils asymétriques, de telle sorte qu’elles engrènent dans un sens et n’engrènent pas dans l’autre. Autrement dit, ce sont des dentures non-bloquantes mais seulement dans une, et une seule, direction.
Pour ce troisième mode de réalisation, on peut se référer à la figure 1A quant à la structure générale et l’agencement des composants de cette autre déclinaison du mécanisme de vis à rouleaux standard. Selon celle-ci, les flancs des dentures externes 120D des rouleaux 120 sont conçus autrement et de façon à être compatibles avec les dentures 140D des couronnes intérieures 140.
La figure 1C illustre, dans une phase de fonctionnement, la disposition des dents d’une denture de rouleau 120 par rapport à celles d’une denture de couronne intérieure. Cette figure illustre un flanc 120S l de la dent 120d d’un rouleau, qui est concave, et non convexe comme dans les cas des dentures non-bloquantes. Elle montre aussi un flanc 120S r de la même dent 120d, qui est convexe. Il en résulte que les profils 120P l et 120P r associés respectivement aux deux flancs 120S l et 120S r de la dent 120d sont alors asymétriques par rapport à l’axe médian de ladite dent, comme l’indique la figure 2C. Le profil 120P l associé au flanc concave 120S l n’est point destiné à un quelconque engrènement, à l’inverse du profil 120P r associé au flanc convexe 120S r lequel engrène bien en fonctionnement. Les longueurs curvilignes Lr l et Lr r respectivement des profils 120P l et 120P r sont distinctes. Chaque dent 120d comprend également en son sommet un raccord 120P S et à sa base un raccord 120P b reliant deux profils 120P l et 120P r contigus . Les raccords 120P S et 120P b peuvent être courbes ou rectilignes.
En outre, les flancs des dentures internes 140D des couronnes intérieures 140 sont aussi conçus différemment. La figure 1C montre un flanc 140S r de la dent 140d d’une couronne intérieure 140, qui est convexe, et non concave comme dans les cas des dentures non-bloquantes. La figure 1C illustre aussi un flanc 140S l de la même dent 140d d’une couronne intérieure, qui est concave. Les profils 140P l et 140P r associés respectivement aux deux flancs 140S l et 140S r de la dent 140d sont asymétriques par rapport à l’axe médian de la dent, comme l’indique la figure 3C. Le profil 140P r associé au flanc convexe 140S r n’est point destiné à un quelconque engrènement et est conçu de manière à ne pas entrer en contact avec le profil 120P l du flanc concave 120S l du rouleau. Seul le profil 140P l associé au flanc concave 140S l autorise un engrènement. Les longueurs curvilignes Lc l et Lc r respectivement des profils 140P l et 140P r peuvent être distinctes. Chaque dent 140d comprend également en son sommet un raccord 140P S et à sa base un raccord 140P b reliant deux profils 140P l et 140P r contigus.Les raccords 140P S et 140P b peuvent être courbes ou rectilignes.
Ainsi, contrairement aux dentures non-bloquantes où les flancs des dents ont les mêmes types de courbure, tous deux convexes ou tous deux concaves, les flancs des dents des dentures semi-bloquantes, qu’il s’agisse des dentures de la couronne intérieure ou du rouleau, peuvent ne pas avoir les mêmes types de courbure: l’un peut être concave et l’autre convexe. Cependant, le flanc 140S r de la couronne intérieure peut être concave et le flanc 120S l du rouleau peut être convexe, comme dans le cas des dentures non-bloquantes, et les deux flancs 140S r et 120S l n’autorisant pas d’engrènement.
En fonctionnement, dans une première phase, lorsque la vis 110 est mise en rotation dans un sens, les rouleaux pivotent chacun autour de leurs axes tout en décrivant une révolution autour de la vis et les dentures des rouleaux engrènent dans les dentures internes 140D des couronnes intérieures 140, entraînant les portes-rouleaux en rotation autour de la vis, et l’écrou 130 se déplace le long la vis 110 dans une direction axiale; le flanc 120S r du rouleau entre en contact avec le flanc 140S l de la couronne et le profil 120P r engrène convenablement avec le profil 140P l : c’est exactement le même principe de fonctionnement que dans le cas du premier mode de réalisation décrit précédemment. Il en résulte que le rendement associé dans ladite direction est élevé. Dans cette phase de fonctionnement, en considérant les filetages en prise de part et d’autre du rouleau, on note à l’interface de contact «rouleau-vis» des filetages en interaction, une cinématique de «roulement-glissement» caractéristique du mouvement instantané du rouleau relativement à la vis, tandis qu’à l’interface de contact «rouleau-écrou» des filetages en interaction, on observe une cinématique de «roulement pur» caractéristique du mouvement instantané du rouleau par rapport à l’écrou.
Toutefois, dans une seconde phase de fonctionnement, intervenant à l’inversion une fois l’écrou en bout de course par exemple, lorsque la vis est mise en rotation dans le sens inverse, les rouleaux s’immobilisent, et, par conséquent, les portes-rouleaux également. Il n’y a pas de rotation des rouleaux, ni d’engrènement possible des dentures 120D de rouleaux 120 dans les dentures internes 140D des couronnes intérieures 140. Le flanc concave 120S l et le flanc convexe 140S r respectivement du rouleau et de la couronne intérieure sont en opposition sans contact aucun. Les profils 120P l et 140P r n’engrènent pas car n’étant pas conjugués. L’action de verrouillage se réalise parce que, d’une part, le sommet 120P S de la dent du rouleau vient buter contre le fond 140P b de dent de la couronne intérieure et, d’autre part, le sommet 140P S de la dent 140d de la couronne intérieure 140 vient buter contre le fond 120P b de dent 120d du rouleau 120. Dès lors, à l’interface de contact «rouleau-écrou» des filetages en interaction, il n’y a aucun mouvement relatif entre le rouleau et l’écrou.
Néanmoins, les rouleaux bien qu’immobiles ou fixes par rapport aux dentures internes 140D des couronnes intérieures 140 et à l’écrou, glissent par friction, relativement à la vis, à l’interface de contact «rouleau-vis» des filetages en interaction. Ainsi, le sous-ensemble mécanique formé essentiellement par l’écrou 130, les rouleaux 120, et les portes-rouleaux 150 peut se déplacer le long de la vis dans la direction axiale opposée, assurant ainsi la conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation, comme si le mécanisme fut une vis à friction, avec des rouleaux immobiles par rapport à l’écrou et intercalés entre la vis et ledit écrou. Raisonnablement, un tel mécanisme, dans cette phase de fonctionnement, peut être qualifié de vis à «pseudo-friction» pour souligner, comme dans une vis à friction, son mode de déplacement par glissement pur dans une, et une seule, direction axiale. Le rendement du mécanisme associé à cette phase de fonctionnement est faible et peut varier en général entre 0,20 et 0,60 en fonction de l’angle d’hélice de la vis.
Dans ce troisième mode de réalisation, le fonctionnement du mécanisme de vis à rouleaux standard est double, puisque que son mode de déplacement se fait essentiellement, à l’interface de contact «rouleau-vis» des filetages en interaction, soit par «roulement-glissement» dans un sens, soit par «glissement pur» dans l’autre. Ce mécanisme de vis à rouleaux est alors dit «vis hybride» standard.
Avantageusement, au même titre qu’une vis à friction, cette «vis hybride» standard, munie de dentures semi-bloquantes, est totalement irréversible pour des valeurs d’angle d’hélice de la vis faibles, notamment inférieures à 10 degrés. En effet, sous une charge axiale de réversibilité, alors que la vis 110 n’est pas mise en rotation et en liaison pivot avec le bâti sans freinage extérieur aucun, si la charge soumise à l’écrou dépasse un certain seuil d’intensité, dit seuil de réversibilité, la vis ne se met jamais subitement en rotation et n’entraîne jamais axialement l’écrou en déplacement linéaire. Cela est rendu possible par la combinaison de l’action de verrouillage des dentures en mode vis à pseudo-fiction et celle de la faiblesse de l’angle d’hélice.
Alternativement, il n’est pas nécessaire dans les cas des dentures semi-bloquantes d’avoir obligatoirement des dents de la couronne intérieure et les dents du rouleau munies simultanément de profils de blocage n’autorisant pas d’engrènement. Il suffit qu’une des deux pièces, soit le rouleau 120 soit la couronne intérieure 140, en comporte, comme illustrée à la figure 4C pour que le verrouillage par les dentures se réalise. Ainsi, il est facile de transformer une vis à rouleaux standard conventionnelle ou classique existante en une vis «hybride» en y substituant soit au moins une des couronnes intérieures 140, soit au moins une des dentures d’au moins un des rouleaux 120.
Description d’un quatrième mode de réalisation
Ce quatrième mode de réalisation porte sur un mécanisme de vis à rouleaux inversée muni de dentures semi-bloquantes telles que précédemment définies.
Le mécanisme décrit dans ce quatrième mode est le même que celui du deuxième mode de réalisation et l’on peut se référer à la figure 1B quant à sa structure globale et l’agencement de ses composants. En particulier, les rouleaux 120 utilisés dans ce quatrième mode de réalisation sont en tous points identiques à ceux du troisième mode de réalisation quant à leurs structures, flancs et profils de dents de dentures. Les flancs 140’S r et 120S r, donc les profils 140’P r et 120P r ,respectivement des dents de la couronne extérieure et des rouleaux restent aussi identiques à ceux décrits dans le deuxième mode de réalisation. La différence entre ce quatrième mode et le second est que les flancs 140’S l, donc le profil 140’P l ,respectivement de la dent de la couronne extérieure est différemment conçu.
La figure 1D illustre dans une phase de fonctionnement, la disposition des dents d’une denture de rouleau 120 par rapport à celles d’une denture de couronne extérieure. Cette figure montre un flanc 140’S l de la dent 140’d d’une couronne extérieure 140’, qui est concave, et non convexe comme dans les cas des dentures non-bloquantes. La figure 1D illustre aussi un flanc 140’Srde la même dent 140’d d’une couronne extérieure, qui est convexe. Les profils 140’Plet 140’Prassociés respectivement aux deux flancs 140’Slet 140’Srde la dent 140’d sont asymétriques par rapport à l’axe médian de la dent, comme l’indique la figure 2D. Le profil 140’P l associé au flanc concave 140’S l n’est point destiné à un quelconque engrènement et est conçu de manière à ne pas entrer en contact avec le profil 120P l du flanc concave 120S l du rouleau.Seul le profil Le profil 140’P r associé au flanc concave 140’Srautorise un engrènement. Les longueurs curvilignes Lc l ’ et Lc r ’ respectivement des profils 140’P l et 140’P r peuvent être distinctes. Chaque dent 140’d comprend également en son sommet un raccord 140’P S et à sa base un raccord 140’P b reliant deux profils 140’P l et 140’P r contigus.
Ainsi, contrairement aux dentures non-bloquantes du deuxième mode où les flancs des dents de la couronne extérieure ont tous les mêmes types de courbure, tous deux convexes, pour les dentures semi-bloquantes, ils n’ont pas les mêmes types de courbure, à savoir que l’un est concave et l’autre convexe. Cependant, le flanc 140’S l de la couronne extérieure peut être convexe et le flanc 120S l du rouleau peut être aussi convexe, comme dans le cas des dentures non-bloquantes, et les deux flancs 140’S l et 120S l n’autorisant pas d’engrènement.
En fonctionnement, dans une première phase, lorsque l’écrou 130’ est mise en rotation dans un sens, les rouleaux 120 pivotent chacun autour de leurs axes tout en décrivant une révolution autour de la vis et les dentures externes des rouleaux engrènent dans les dentures externes de la couronne extérieure, entraînant les portes-rouleaux en rotation autour de la vis 110’, et le sous-ensemble mécanique «vis-rouleaux» formé essentiellement par la vis 110’, les rouleaux 120 et les portes-rouleaux 150’ se déplace le long l’écrou 130’ dans une direction axiale. Le flanc 120S r du rouleau entre en contact avec le flanc 140’S r de la couronne extérieure, et le profil 120P r du flanc 120S r engrène convenablement avec le profil 140’P r du flanc 140’S r, exactement comme dans le cas du deuxième de mode de réalisation du mécanisme de vis à rouleaux. Le rendement du mécanisme associé à cette première phase de fonctionnement est donc élevé.
Toutefois, dans une seconde phase du fonctionnement, intervenant à l’inversion une fois la vis 110’ en bout de course, lorsque l’écrou 130’ est mis en rotation dans le sens inverse, les rouleaux 120 s’immobilisent, et par conséquent les portes-rouleaux 150’ également. Il n’y a pas de rotation des rouleaux 120, ni d’engrènement de dentures 120D de rouleau dans les dentures externes 140’D des couronnes extérieures 140’. Les flancs concaves 120S l et 140’S l respectivement du rouleau 120 et de la couronne extérieure 140’ sont en opposition sans contact aucun. Les profils 120P l et 140’P l n’engrènent pas car n’étant pas conjugués. L’action de verrouillage se réalise parce que, d’une part, le sommet 120PSde la dent 120d du rouleau 120 vient buter contre le fond 140’P b de dent 140’d de la couronne extérieure 140’ et, d’autre part, le sommet 140’P S de la dent 140’d de la couronne extérieure 140’ vient buter contre le fond 120P b de dent 120d du rouleau 120. Dès lors, à l’interface de contact «rouleau-vis» des filetages en interaction, il n’y a aucun mouvement relatif entre le rouleau et la vis.
Néanmoins, les rouleaux 120 bien qu’immobiles ou fixes par rapport aux dentures 140’D des couronnes extérieures 140’ et à la vis 110’, glissent relativement à l’écrou 130’ par friction à l’interface de contact «rouleau-écrou» des filetages en interaction. Ainsi, le sous-ensemble mécanique «vis-rouleaux» formé essentiellement par la vis 110’, les rouleaux 120 et les portes-rouleaux 150’, comme mentionné plus haut, peut se déplacer le long et à l’intérieur de l’écrou 130’ dans la direction axiale opposée, comme si le mécanisme fut une vis à friction, avec des rouleaux immobiles par rapport à la vis et intercalés entre ladite vis et l’écrou. Comme précédemment, un tel mécanisme peut être qualifié, dans cette phase de fonctionnement, de vis à «pseudo-friction» pour souligner, au même titre que dans une vis à friction, son mode de déplacement par glissement pur dans une, et une seule, direction axiale. Le rendement associé à cette phase de fonctionnement est faible et peut varier typiquement entre 0,20 et 0,60 en fonction de l’angle d’hélice de l’écrou, donc de l’angle d’hélice de la vis, lesdits angles étant liés dans une vis à rouleaux satellites par des relations de dépendance.
Le fonctionnement de cette «vis hybride» inversée, par analogie à la vis hybride standard, est double puisque que son mode de déplacement est par «roulement-glissement» dans un sens et par «glissement pur» dans l’autre, en considérant essentiellement l’interface de contact «rouleau-écrou» des filetages en interaction.
Avantageusement, tout comme pour une vis à friction, cette «vis hybride» inversée, munie de dentures semi-bloquantes, peut être irréversible pour certaines valeurs d’angle d’hélice faibles de la vis, notamment inférieures à 10 degrés. En effet, sous une charge axiale de réversibilité, alors que l’écrou 130’ n’est pas mis en rotation et en liaison pivot avec le bâti sans freinage extérieur aucun, si la charge soumise à la vis dépasse un certain seuil d’intensité, dit de réversibilité, l’écrou ne se met pas subitement en rotation et n’entraîne pas axialement la vis en déplacement. Cela est rendu possible par la combinaison de l’action de verrouillage des dentures en mode d’écrou à pseudo-fiction et à la faiblesse de l’angle d’hélice de la vis.
Alternativement, il n’est pas nécessaire, comme dans les cas des dentures semi-bloquantes de vis à rouleaux standard, d’avoir obligatoirement des dents de la couronne extérieure 140’ et les dents du rouleau 120 munies simultanément de profils de blocage n’autorisant pas d’engrènement. Il suffit qu’une des deux pièces, soit le rouleau 120 soit la couronne extérieure 140’, en comporte comme illustrée à la figure 3D pour que le verrouillage par les dentures se réalise. Ainsi, il est facile de transformer une vis à rouleaux inversée conventionnelle ou classique existante en une vis «hybride» inversée en y substituant soit au moins une des couronnes extérieures 140’, soit au moins une des dentures d’au moins un des rouleaux 120.
Compléments sur les profils, flancs de dents, et les dentures
Il convient de préciser que, relativement aux deux premiers modes de réalisation où s’utilisent des dentures non-bloquantes, la description faite ici se rapporte, préférentiellement, à des profils trochoïdaux, mais elle s’applique aussi bien aux profils en arcs de cercles, qu’aux profils en involute car étant convexes sur les rouleaux et la couronne extérieure de la vis, et concaves sur la couronne intérieure de l’écrou. La description s’étend aussi aux profils cycloïdaux, même si, en revanche, les flancs sont concaves sur les rouleaux, convexes sur la couronne extérieure de la vis et convexes sur la couronne intérieure de l’écrou.
La même extension est valable pour les profils linéaires ou droits, lesquels ne sont que des cas particuliers de profils associés à des flancs convexes ou concaves ayant des rayons de courbure théoriquement infinis.
Le tableau ci-après récapitule la nature de chacun des flancs asymétriques des dentures pour un mécanisme de vis à rouleaux à dentures non-bloquantes, qu’il soit standard ou inversé.
Quant aux deux derniers modes de réalisation où l’on fait recours aux dentures semi-bloquantes, les mêmes développements sur la nature des profils s’appliquent également, que les flancs soient concaves ou convexes ou encore droits. De préférence, les flancs de dentures qui assurent l’engrènement dans un sens peuvent prendre toutes les formes de profils telles que décrites précédemment. On peut se reporter au tableau précédent pour ce qui est de la nature du second flanc qui assure l’engrènement. Pour les flancs qui n’assurent pas l’engrènement et se verrouillent, on peut recourir préférentiellement à des profils en arcs de cercles ou à des profils cycloïdaux.
Le tableau ci-dessus récapitule la nature du flanc de dent des dentures qui assure le verrouillage pour un mécanisme de vis hybride à rouleaux, qu’il soit standard ou inversé.
Par ailleurs, les dentures d’un rouleau, quelle que soit la nature des profils, peuvent intersecter le filetage externe de ce dernier. Cette interférence entre le filetage et les dentures des rouleaux n’est en rien incompatible avec l’asymétrie des profils de dents, encore moins avec le caractère éventuellement «hybride» du mécanisme de vis à rouleaux de l’invention. Dans ce cas précis, les flancs des dentures de couronnes extérieures et les rouleaux peuvent, lorsque constitués de profils cycloïdaux par exemple, être à la fois convexe et concave car lesdits profils pouvant être une combinaison d’une épicycloïde et d’une hypocycloïde.
D’une manière générale, il est possible de combiner entre eux les différents profils cycloïdaux, trochoïdaux, en involute, en arcs de cercle, etc., tels que décrits précédemment, pour définir des profils composites pour les dents de dentures non-bloquantes ou semi-bloquantes.
En outre, les dentures décrites pour l’ensemble des 4 modes de réalisation sont préférentiellement des dentures droites mais elles peuvent également être hélicoïdales.
Description d’un cinquième mode de réalisation
Par extension, un mécanisme de vis à rouleaux 100’’ dite «à pas zéro», c’est-à-dire à pas résultant nul, et illustré par la figure 1E, peut également être construit sur la base de dentures non-bloquantes et des dentures semi-bloquantes, avec des profils de dents asymétriques.
Une vis à rouleaux à pas zéro 100’’, dotées de dentures à profils asymétriques, comporte une paire de couronnes intérieures 140 logée dans l’écrou 130 et une paire de couronnes extérieures 140’ logée sur la vis 110’. Lorsque la vis 110’ ou l’écrou 130 est mis(e) en rotation, les rouleaux 120, montées ou non dans des portes-rouleaux 150’, tournent sur eux-mêmes et autour de la vis sans déplacement axial relatif, ni par rapport à la vis ni par rapport à l’écrou. Son fonctionnement s’apparente à celui d’un roulement ou d’une butée à rouleaux filetés pour assurer une fonction de guidage en rotation car dans ce mécanisme toute translation relative des pièces les unes par rapport aux autres est supprimée. Il est aussi possible de mettre en rotation, en premier, les rouleaux 120 via l’un au moins des portes-rouleaux 150’ agissant comme un organe moteur, et d’entraîner la vis 110’ en rotation, l’écrou 130 étant bloqué, ou vice-versa.
Dans un tel mécanisme de vis à rouleaux pas zéro 100’’, avec des dentures non-bloquantes telles qu’elles apparaissent sur la figure 2E, les rouleaux tournent 120 dans les deux sens et les dentures externes des rouleaux engrènent dans les dentures externes des couronnes extérieures 140’ de la vis et dans les dentures internes des couronnes intérieures 140 de l’écrou. Autrement dit, le mécanisme fonctionne normalement avec des capacités de charges différenciées relativement aux dentures.
En revanche, dans un mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro, avec des dentures semi-bloquantes, les rouleaux 120 ne tournent que dans un sens, et un seul. En d’autres termes, une telle vis à rouleaux à pas zéro fonctionne comme une roue-libre, avec la possibilité de supporter des charges axiales, en plus des charges radiales. En outre, pour transformer une vis à rouleaux à pas zéro existante, munies de dentures à profils symétriques, en une vis avec dentures semi-bloquantes, il suffit de doter, soit une denture au moins de la paire de couronnes intérieures 140, soit doter une denture au moins de la paire des couronnes extérieures 140’, soit une denture au moins des 2 paires de couronnes simultanément, soit doter au moins une denture d’au moins un des rouleaux, de flancs à profils asymétriques.
On peut également tout simplement doter toutes les dentures à la fois de dentures semi-bloquantes pour la rendre irréversible, comme illustrée par la figure 3E. Dans ce cas précis, le couple de rotation, moteur ou résistant, transite par les portes-rouleaux 150’ reliés aux rouleaux 120. Ces derniers engrènent dans les dentures internes des couronnes intérieures 140 et dans les dentures externes des couronnes extérieures 140’, dans un sens, et un seul, tandis qu’ils s’immobilisent dans le sens contraire.
Un actionneur schématisé en figure 1F met à profit le mécanisme de vis à rouleaux 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 ou d’utiliser le mécanisme 100’’ pour former un système de guidage en rotation ou un réducteur mécanique.
En raison de sa forte capacité de charge, le mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro 100’’ selon l’invention, avec des dentures asymétriques, se prête particulièrement bien à être utilisé comme un mécanisme de roulement en combinaison avec des vis d’entraînement elles-mêmes à fortes capacités de charges, telles que des vis à rouleaux ou des vis à billes, voire des vis à friction.
Ainsi, un dispositif de vérin mécanique peut comprendre le mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro 100’’ selon l’invention et une vis d’entraînement tous deux montés sur suivant un axe commun au mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro et à la vis d’entraînement, le mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro étant configurée de manière à former une butée au sens d’un roulement axial, limitant le déplacement de la vis d’entraînement le long de l’axe commun, l’axe commun étant guidé en rotation par le mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro.
Par exemple, la figure 2F illustre un dispositif 300 de vérin mécanique pour déplacement linéaire par vis d’entraînement comprenant une vis d’entraînement 310 montée sur une autre tige 320 constituant l’axe commun et sur laquelle est en outre monté un mécanisme de vis à rouleaux pas zéro 100’’ selon l’invention, dont la tige 110’ est creuse, enfilée sur l’autre tige 320 et fixée sur celle-ci par un élément de fixation 340.
La vis 310 peut être une vis à rouleaux et la tige 320 peut être une tige complètement ou partiellement filetée faisant partie intégrante de la vis d’entraînement.
Alternativement, la vis 310 peut être une vis à billes ou une vis à friction et la tige 320 peut être une tige complètement ou partiellement filetée ou en arbre cannelé.
Dans un tel dispositif de vérin, le mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro 100’’ selon l’invention peut être utilisé comme palier à haute capacité.
Un exemple alternatif à celui de la figure 2F est celui de la figure 3F, qui illustre un dispositif 400 ayant un plus haut niveau d’intégration que le dispositif 300.
Comme le dispositif 300, le dispositif 400 comprend une vis d’entraînement 310 et une vis à rouleaux à pas zéro 100’’ selon l’invention montés coaxialement, mais la tige 110’ de la vis à rouleaux à pas zéro s’étend longitudinalement hors du mécanisme 100’’ et joue le rôle de l’axe commun, et la vis 310 est directement montée sur cette tige 110’, qui peut faire partie intégrante de la vis d’entraînement 310 ou totalement confondue à celle-ci.
En dehors des sections accueillant les rouleaux 120 et l’écrou 130 du mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro 100’’, la tige 110’ peut être partiellement ou totalement filetée ou avoir une section en arbre cannelé.
Claims (10)
- – 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); deux dentures (140D,140’D) de couronnes (140,140’) coaxiales à la vis et dans lesquelles s’engrènent les dentures externes (120D) des rouleaux (120) guidés et positionnés angulairement à l’aide de portes-rouleaux (150 ;150’),caractérisé en ce qu’au moins une des dentures externes (120D) des rouleaux (120) est munie de dents (120d) ayant des flancs convexes ou concaves ou encore droits présentant, en section transversale, des profils (120P r ) et (120P l ) asymétriques,ou qu’au moins une des dentures (140D,140’D) de couronnes (140,140’) présentent des flancs convexes ou concaves ou encore droits présentant, en section transversale, des profils (140P r ;140’P r ) et (140P l ;140’P l ) asymétriques.
- – Le mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 1,caractérisé en ce queles rouleaux (120) et les portes-rouleaux (150;150’) restent circonférenciellement mobiles en fonctionnement dans les deux directions de déplacement axial de telle sorte que le mécanisme fonctionne de manière classique ou conventionnelle.
- – Le mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 1,caractérisé en ce que, par rapport aux couronnes (140;140’), les rouleaux (120) et les portes-rouleaux (150;150’), d’une part, s’immobilisent circonférenciellement en fonctionnement dans une direction de déplacement axial de telle sorte que le mécanisme opère comme une vis à friction avec un rendement faible, et d’autre part, restent mobiles dans l’autre direction de telle sorte que le mécanisme opère comme une vis à rouleaux classique ou conventionnelle avec un rendement élevé.
- – Le mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 3,caractérisé en ce quela vis à rouleaux satellites est irréversible, dans un sens de chargement.
- – Le mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 1,caractérisé en ce queles profils asymétriques (120P r ) et (120P l ) des dentures externes (120D) sont curvilignes ou droits : de préférence des profils involute ou en développante de cercle, des profils trochoïdaux, des profils cycloïdaux, des profils en arcs circulaires ou une combinaison de ces profils.
- – Le mécanisme de vis à rouleaux selon la revendication 1,caractérisé en ce queles profils asymétriques (140P r ;140’P r ) et (140P l ;140’P l ) des dentures (140D;140’D) de couronnes (140;140’) sont curvilignes ou droits : de préférence des profils involute ou en développante de cercle, des profils trochoïdaux, des profils cycloïdaux, des profils en arcs circulaires ou une combinaison de ces profils.
- – Le mécanisme de vis à rouleaux selon l’une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce quela vis à rouleaux est soit une vis à rouleaux standard (100), soit une vis à rouleaux inversée (100’), soit une vis à rouleaux à pas résultant nul ou à pas zéro (100’’).
- – Dispositif d’actionnement,caractérisé en cequ’il comprend un mécanisme de vis à rouleaux satellites (100, 100’,100’’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, monté sur une tige (210) et couplé à un système d’entraînement électromécanique.
- – Dispositif de vérin mécanique pour déplacement linéaire par vis d’entraînement (310) comprenant une autre tige (320) sur laquelle est montée ladite vis,caractérisé en ce quele mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro (100’’) selon la revendication 7 est monté sur ladite autre tige (320), ladite autre tige constituant ledit axe commun et faisant partie intégrante de la vis d’entraînement.
- – Dispositif de vérin mécanique pour déplacement linéaire par vis d’entraînement (310),caractérisé en ce quela vis d’entraînement (310) est montée directement sur la tige (110’) du mécanisme de vis à rouleaux à pas zéro (100’’) selon la revendication 7, ladite tige constituant ledit axe commun et faisant partie intégrante de la vis à d’entraînement.
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