WO2004113763A1 - Verin a vis et ecrou - Google Patents

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WO2004113763A1
WO2004113763A1 PCT/FR2004/050280 FR2004050280W WO2004113763A1 WO 2004113763 A1 WO2004113763 A1 WO 2004113763A1 FR 2004050280 W FR2004050280 W FR 2004050280W WO 2004113763 A1 WO2004113763 A1 WO 2004113763A1
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nut
housing
bellows
motor
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Inventor
Tanguy Jouan De Kervenoael
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H25/2418—Screw seals, wipers, scrapers or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/204—Axial sliding means, i.e. for rotary support and axial guiding of nut or screw shaft

Definitions

  • the subject of the invention is a screw jack and nut.
  • Such devices include a fixed frame or support, a motor fixed to the frame, and a screw and nut system engaged around one another.
  • the motor is connected either to the screw or to the nut so as to transmit its rotations to it, which the threaded engagement converts into translations of the other part.
  • Screw and nut jacks have some notable advantages, such as the precision of the movement and the reversibility or not of the transmission according to the angle of inclination of the thread.
  • Conversion of the movement is only possible by providing a device for stopping the part subjected to translation from rotating.
  • a device for stopping the part subjected to translation from rotating There are many kinds, such as the interaction of a finger and a groove, the use of rollers or rollers rolling on a flat surface parallel to the direction of translation, etc. ; some may belong to devices which are also usual for maintaining the coaxiality of the screw and the nut and thus ensuring correct operation of the jack, others are independent of it. But all must have a fairly large length, at least equal to the total linear displacement travel between the screw and the nut. The cylinders are much heavier.
  • a new system opposing the rotation of the part, nut or screw, which is subject to translation is proposed as the invention. It has the advantages that it is simple to install, light, and that it often allows, by taking its function, to give up the device for maintaining coaxiality between the nut and the screw, which further lightens the jack.
  • Bellows are commonly used in mechanics, but rather because of their flexibility in most directions to absorb translational or tilting movements between two parts that they connect, or even to offer a variable volume capacity capable, for example, to absorb the energy of a water hammer in a hydraulic piping.
  • the bellows is above all useful by its high torsional rigidity combined with its great flexibility in extension: fixed between the frame and either the nut or the screw, it can follow the translational movements of this part without opposing any significant effort, while on the contrary exerting a significant effort against its rotation.
  • FIGS. 1 and 2 show two variants of a screw jack with a rotating nut, and Figure 3 a rotating screw jack.
  • a nut 1 is housed in a housing 2, in which it is adjusted by a pair of bearings 3 so as to be able to pivot therein.
  • a ring 4 of the nut 1 leaves the housing 2 and receives a belt 5 for rotating in a groove 6 formed at its periphery.
  • the belt 5 is driven by a motor 7 fixed on the outside of the housing 2.
  • a screw 8 passes through the housing 2 right through and is joined to the nut 1 by a threaded engagement of the usual nature, which can be simple or include intermediate balls.
  • This linear actuator typically serves to modify the difference between two objects not shown in detail, one of which A is secured to one end 9 of the screw 8 and the other B is secured to the frame 2.
  • the connections to the objects A and B are generally rotating in order to offer the cylinder a freedom of inclination which is even necessary if the connection points are at different heights perpendicular to the direction of movement of the objects A and B, because the screw 8 must tilt when it is out of place.
  • the end of the screw therefore comprises a ball 9 pierced with a circular hole to receive an axis not shown of the object A, and the housing 2 carries a pivot 10 engaged in a corresponding hole in the object B.
  • a metal bellows of usual nature surrounds the screw 8 and connects it to the housing 2.
  • it is double and comprises two portions 11 and 12, extending respectively from each end face of the housing 2 to the corresponding ends of the screw 8.
  • the bellows is used above all to prevent rotation of the screw 8 relative to the housing 2, only one of the portions 11 and 12 may be sufficient, but in practice it is useful to cover the entire length outside the housing 2 of the screw 8 to complete the sealing.
  • the elasticity of the bellows in bending contributes to maintaining without other device a good coaxiality of the screw 8 and the nut 1, by means of the housing 2 maintained at an invariable orientation of the nut 1 by the bearings 2 and connected to screw 8 by the bellows.
  • FIG. 2 also comprises the housing 2, the bearings 3, the nut 1, the screw 8 and the ball 9 for receiving an object displaced at one of its ends, as well as the motor 7, but this- ci is now placed behind the opposite end of the screw 8, with an output shaft 13 coaxial with the screw 8 and the nut 1, which it drives by a rigid coupling composed of a sleeve 14.
  • the frame comprises another sheath 15 fixed to the housing 2 and at the end of which the motor 7 is fixed. In this configuration, the portion of the screw 8 which does not include the end at the ball joint 9 is surrounded both by the sleeve 14 and by the sheath 15, which means that the bellows characteristic of the invention comes down to the portion 12, the portion 11 having become useless. Nothing else is changed from the previous configuration.
  • FIG. 3 represents one of them, which still has certain elements identical to those of FIG. 1, bearing the same number.
  • the housing here bears the reference 16, the motor 7 is fixed thereto and its shaft 13 extends through the housing 16; a coupling sleeve 17 makes it possible to drive the screw 8, coaxial with the shaft of the motor 13, by the latter; the nut 1 is released from the housing 16 and here carries a pivot 18 intended for connection to the object A, while the housing 16 carries the pivot 10 intended for the connection to the object B.
  • the bellows further comprises the two portions 11 and 12 on either side of the nut and covering the entire free length of the screw 8, but here the portions 11 and 12 are linked to the nut 1; they extend to the housing 16 for one, to a bearing 19, disposed at the end of the screw 8 which is opposite to the motor 7, for the other; only the portion 11 of the bellows between the nut 1 and the housing 16 effectively serves to stop the rotation, the other 12 having only a sealing role and the bearing 19 maintaining the freedom of rotation between the screw 8 and nut 1.
  • the housing 2 or 16 can take other shapes or proportions, as we have seen in FIG. 2 where it is extended by a sheath 15 which is represented separately from him, but who could be part of it; the term “housing” denotes any structural element supporting or connecting together the other elements which need to be so, such as the motor 7, and capable of absorbing certain forces; a traditional cylinder housing envelops part of the length of the movable rod, as does the sheath 15 of FIG. 2, but the housing can be much smaller here since it becomes unnecessary to cover this part of the rod when a bellows with two portions 11 and 12 is used.

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Abstract

Un vérin linéaire pour faire varier la distance entre deux objets (A, B) comprend un système à vis et écrou pour convertir la rotation d'un moteur (7) en une translation ; l'arrêt en rotation de l'élément déplacé en translation est garanti par un soufflet (11, 12) qui présente les avantages supplémentaires de ne pas introduire d'excentrement, de s'adapter aux imprécisions de montage et d'être déplié et replié sans opposer d'efforts d'importants ; enfin, en couvrant la vis (8), une étanchéité du système est assurée.

Description

VERIN A VIS ET ECROU
DESCRIPTION
Le sujet de l'invention est un vérin à vis et écrou.
De tels appareils comprennent un bâti ou support fixe, un moteur fixé au bâti, et un système à vis et écrou engagés l'un autour de l'autre. Le moteur est relié soit à la vis soit à l' écrou de manière à lui transmettre ses rotations, que l'engagement fileté convertit en translations de l'autre pièce. Les vérins à vis et écrou possèdent quelques avantages notoires, comme la précision du mouvement et le caractère réversible ou non de la transmission d'après l'angle d'inclinaison du filetage.
La conversion du mouvement n'est possible qu'en prévoyant un dispositif d'arrêt en rotation de la pièce soumise à la translation. Il en existe de genres nombreux, comme l'interaction d'un doigt et d'une rainure, l'utilisation de galets ou de rouleaux roulant sur une surface plane parallèle à la direction de la translation, etc. ; certains peuvent appartenir à des dispositifs eux aussi usuels pour maintenir la coaxialité de la vis et de l' écrou et assurer ainsi un bon fonctionnement du vérin, d'autres en sont indépendants. Mais tous doivent avoir une longueur assez importante, au moins égale à la course linéaire totale de déplacement entre la vis et l'écrou. Les vérins en sont beaucoup alourdis. Un nouveau système s 'opposant à la rotation de la pièce, écrou ou vis, qui est soumise à la translation est proposé comme l'invention. Il présente les avantages qu'il est simple à installer, léger, et qu'il permet souvent, en prenant sa fonction, de renoncer au dispositif de maintien de coaxialité entre 1' écrou et la vis, ce qui allège encore le vérin.
Les soufflets sont couramment exploités en mécanique, mais plutôt en raison de leur souplesse dans la plupart des directions pour absorber des déplacements de translation ou de basculement entre deux pièces qu'ils relient, ou encore pour offrir une capacité volumique variable susceptible, par exemple, d'absorber l'énergie d'un coup de bélier dans une tuyauterie en hydraulique. Dans cette application-ci, le soufflet est avant tout utile par sa grande rigidité en torsion combinée à sa grande souplesse en extension : fixé entre le bâti et soit l' écrou, soit la vis, il peut suivre les mouvements de translation de cette pièce sans opposer d'effort notable, tout en exerçant au contraire un effort important contre sa rotation.
La souplesse en flexion et en translation latérale du soufflet est cependant appréciée puisqu'elle n'introduit pas de défaut de parallélisme entre les axes de l'écrou et de la vis susceptible de produire une usure prématurée du mécanisme, ce qui est un des principaux inconvénients des vérins à vis.
Un autre avantage du soufflet entourant la vis est qu'il la protège des salissures extérieures, et aussi qu'il arrête toute fuite de lubrifiant. Quelques modes de réalisation de l'invention seront maintenant décrits en liaison aux figures. Les figures 1 et 2 représentent deux variantes de vérin à vis avec un écrou tournant, et la figure 3 un vérin à vis tournante.
Se référant à la figure 1, un écrou 1 est logé dans un boîtier 2, dans lequel il est ajusté par une paire de roulements 3 de manière à y pouvoir tourillonner. Une couronne 4 de l' écrou 1 sort cependant du boîtier 2 et reçoit une courroie 5 de mise en rotation dans une rainure 6 ménagée à sa périphérie. La courroie 5 est animée par un moteur 7 fixé sur la face extérieure du boîtier 2.
Une vis 8 traverse le boîtier 2 de part en part et se trouve unie à l'écrou 1 par un engagement fileté de nature usuelle, qui peut être simple ou comporter des billes intermédiaires. Ce vérin linéaire sert typiquement à modifier l'écart entre deux objets non représentés en détail, dont l'un A est solidaire d'une extrémité 9 de la vis 8 et l'autre B est solidaire du bâti 2. Les liaisons aux objets A et B sont en général tournantes afin d'offrir au vérin une liberté d'inclinaison qui est même nécessaire si les points de liaison sont à des hauteurs différentes perpendiculairement à la direction de déplacement des objets A et B, car la vis 8 doit basculer quand elle est déplacée. L'extrémité de la vis comprend donc une rotule 9 percée d'un trou circulaire pour recevoir un axe non représenté de l'objet A, et le boîtier 2 porte un pivot 10 engagé dans un trou correspondant de l'objet B. Un soufflet métallique de nature usuelle entoure la vis 8 et la relie au boîtier 2. Il est ici double et comprend deux portions 11 et 12, s ' étendant respectivement de chaque face extrême du boîtier 2 aux extrémités correspondantes de la vis 8. Comme le soufflet sert avant tout à interdire la rotation de la vis 8 par rapport au boîtier 2, une seule des portions 11 et 12 pourrait suffire, mais en pratique il est utile de couvrir toute la longueur extérieure au boîtier 2 de la vis 8 pour compléter l'étanchéité.
L'élasticité du soufflet en flexion contribue à maintenir sans autre dispositif une bonne coaxialité de la vis 8 et de l'écrou 1, par l'intermédiaire du boîtier 2 maintenu à une orientation invariable de l' écrou 1 par les roulements 2 et relié à la vis 8 par le soufflet.
La réalisation de la figure 2 comprend encore le boîtier 2, les roulements 3, l'écrou 1, la vis 8 et la rotule 9 de réception d'un objet déplacé à une des ses extrémités, ainsi que le moteur 7, mais celui-ci est maintenant placé derrière l'extrémité opposée de la vis 8, avec un arbre de sortie 13 coaxial à la vis 8 et à l' écrou 1, qu'il entraîne par un accouplement rigide composé d'un manchon 14. Le bâti comprend encore une gaine 15 fixée au boîtier 2 et au bout de laquelle le moteur 7 est fixé. Dans cette configuration, la portion de la vis 8 qui ne comprend pas l'extrémité à la rotule 9 est entourée à la fois par le manchon 14 et par la gaine 15, ce qui fait que le soufflet caractéristique de l'invention se résume à la portion 12, la portion 11 étant devenue inutile. Rien d'autre n'est changé par rapport à la configuration précédente .
On a déjà souligné que l'invention s'appliquait aussi aux vérins où la vis était tournante. La figure 3 représente l'un d'eux, qui possède encore certains éléments identiques à ceux de la figure 1, portant le même numéro. Le boîtier porte ici la référence 16, le moteur 7 lui est fixé et son arbre 13 s'étend à travers le boîtier 16 ; un manchon d'accouplement 17 permet d'entraîner la vis 8, coaxiale à l'arbre du moteur 13, par celui-ci ; l' écrou 1 est dégagé du boîtier 16 et porte ici un pivot 18 destiné à la liaison à l'objet A, alors que le boîtier 16 porte le pivot 10 destiné à la liaison à l'objet B. Le soufflet comprend encore les deux portions 11 et 12 de part et d'autre de l'écrou et couvrant toute la longueur libre de la vis 8, mais ici les portions 11 et 12 sont liées à l'écrou 1 ; elles s'étendent jusqu'au boîtier 16 pour l'une, jusqu'à un roulement 19, disposé à l'extrémité de la vis 8 qui est opposée au moteur 7, pour l'autre ; seule la portion 11 du soufflet comprise entre l'écrou 1 et le boîtier 16 sert effectivement à arrêter la rotation, l'autre 12 n'ayant qu'un rôle d'étanchéité et le roulement 19 maintenant la liberté de rotation entre la vis 8 et l'écrou 1.
Il est évident que l'invention peut être mise en œuvre de bien des façons, qui peuvent ne différer des précédentes que par des détails mineurs . On doit ainsi mentionner que le boîtier 2 ou 16 peut prendre d'autres formes ou proportions, comme on l'a vu à la figure 2 où il est prolongé par une gaine 15 qu'on a représentée séparée de lui, mais qui pourrait en faire partie ; on désigne par ce terme de boîtier tout élément de structure soutenant ou reliant entre eux les autres éléments qui ont besoin de l'être, comme le moteur 7, et apte à absorber certains efforts ; un boîtier traditionnel de vérin enveloppe une partie de la longueur de la tige mobile, comme le fait la gaine 15 de la figure 2, mais le boîtier peut être beaucoup plus petit ici puisqu'il devient inutile pour couvrir cette partie de la tige quand un soufflet à deux portions 11 et 12 est employé.

Claims

REVENDICATIONS
1) Vérin comprenant un boîtier (2), une vis (8), un écrou (1) engagé autour de la vis, un moteur (7) fixé au boîtier et faisant tourner l'écrou, et caractérisé par un soufflet coaxial à la vis, rigide en torsion et fixé par des extrémités opposées au boîtier et à la vis.
2) Vérin comprenant un boîtier (16), une vis (8) , un écrou engagé autour de la vis, un moteur (7) fixé au boîtier et faisant tourner la vis, et caractérisé par un soufflet coaxial à la vis, rigide en torsion et fixé par des extrémités opposées au boîtier et à l'écrou.
3) Vérin selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le soufflet est composé de deux portions (11, 12) s ' étendant chacune vers une extrémité respective de la vis (8) de part et d'autre de l'écrou (1) .
4) Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écrou (1) est soutenu dans le boîtier (2) par des roulements (3) .
5) Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur (7) est coaxial à la vis (8) et entraîne l'écrou par un manchon (14) entourant la vis (8) .
6) Vérin selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (16) et l'écrou (2) portent chacun un point d'accrochage (10, 18) à un objet respectif (B, A) dont la distance mutuelle est définie par le vérin.
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