WO2022106784A1 - Frein équipé d'une pièce de guidage d'une vis à billes déplaçant une plaquette de freinage - Google Patents

Frein équipé d'une pièce de guidage d'une vis à billes déplaçant une plaquette de freinage Download PDF

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ball screw
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cartridge
guide piece
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Philippe Bourlon
Thierry Pasquet
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Hitachi Astemo France
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    • F16D2125/50—Rotating members in mutual engagement with parallel non-stationary axes, e.g. planetary gearing

Definitions

  • the invention relates to a brake equipped with a guide piece for a ball screw moving a braking pad.
  • Some brakes include a ball screw through which the rotational movements of an actuator motor are transformed into translational movements of a pad used for braking.
  • the braking forces can however produce significant forces in the radial direction of the screw, which damages the balls and reduces the life of the mechanism.
  • the invention relates to a brake comprising a fixed part, a braking pad movable relative to the fixed part, a ball screw to which the braking pad is fixed, and a motion transmission cartridge and effort installed in a housing of the fixed part and extending between a motor pinion and a ball nut meshing with the ball screw by converting a rotational movement of the motor pinion into a translational movement of the ball screw in an axial direction of the ball screw, the brake being characterized by a guide piece having a first bearing surface, engaged on the ball screw by holding the ball screw against movements perpendicular to the axial direction, and a second bearing surface, retained by a part of the cartridge resting on the fixed part against movements perpendicular to said axial direction.
  • This guide piece can occupy a reduced volume at the center of the device, without imposing a significant increase in its weight or its volume. It is provided to communicate the radial forces undergone by the ball screw during braking to fixed portions of the brake, in particular the casing or the yoke which is more resistant than the balls.
  • the ball screw comprises a recess and the guide piece comprises a part, on which the first support surface is present, which penetrates into said recesses: the guide piece penetrating into the ball screw and supporting it by the inside of it is necessarily of small volume;
  • the guide part then occupying a central volume in the housing, it will still be easy to build it with a moderate extension;
  • the guide part is fixed in rotation, the part of the cartridge is rotating, and is connected to the second bearing surface by a bearing;
  • the bearing surfaces are at two opposite ends of the guide piece
  • the first bearing surface forms a cylindrical bead projecting around the guide part
  • the cartridge part can advantageously be either the pinion, the guide part then being able to pass through a planet carrier of the cartridge, or the ball nut.
  • the brake to which the invention will be applied may be either a service brake or a parking brake.
  • Figure 1 illustrates a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 this embodiment, in another state of the brake
  • FIG. 4 another embodiment of the invention.
  • a brake comprises a fixed part of which a fixed main portion 1, which may belong to a yoke, comprises a housing 2 cylindrical opening at one end of the main portion 1, and a stirrup 3 connected to the main portion 1 and carrying a fixed brake pad 4 which is in axial abutment on the nose of the stirrup 3, for example in fixed to him.
  • the stirrup 3 is movable relative to the main portion 1, being guided in translation, in the direction of an axis XX.
  • a mobile braking plate 5 is located opposite the fixed braking plate 4, being aligned with it on the axis XX, and it is fixed to a ball screw 6 by a connection 7.
  • the ball screw 6 is extends into the housing 2, which also contains a cartridge 8 for transmitting movements and forces which is composed of various parts meshing with each other, and intended to convert the rotational movements of a motor shaft 9 into movements of translation of the ball screw 6 in the direction of the axis XX.
  • the cartridge 8 comprises, successively, from the motor shaft 9, a motor pinion 10, a planet carrier 11, a crown 12 and a ball nut 13 meshing with the ball screw 6 by ordinary balls and not shown .
  • the satellites located radially between the planet carrier 11 and the crown 12 ensure the irreversibility of the movements transmitted inside the brake.
  • the motor pinion 10 is fixed to the motor shaft 9, and the planet carrier 11 meshes with the motor pinion 10 as well as with the ring gear 12 by two circles of planet gears.
  • the ball nut 13 is fixed to the crown 12.
  • the main portion 1 supports the motor shaft 9 and the motor pinion 10 by means of a first bearing 14, the planet carrier 11 by a second bearing 15, and the crown 12 carrying the ball nut 13 by a third bearing 16, as well as by a thrust bearing 17 with rollers.
  • Figure 1 shows the device in a state 9 in the absence of braking, the pads 4 and 5 being new and distant from each other, and Figure 2 an opposite state, where the pads 4 and 5 have been worn and are close together to exert braking.
  • the ball screw 6 is then partially out of the fixed part of the brake and receives braking forces in the radial direction (perpendicular to the axis XX) in a state where the cantilever it makes with the nut ball bearing 13, which supports it via the ball bearings, is quite large.
  • the guide piece 18 is generally cylindrical in shape, comprises a first surface bearing surface 19 at a first end 20 and a second bearing surface 21 at the opposite end 22.
  • the first bearing surface 19 corresponds to the circular outer peripheral face of the first end 20, which enters a central recess 23 of the ball screw 6, which is hollow.
  • the first bearing surface 19 extends a short distance from the wall of the central recess 23, in which the first end 20 slides with a small clearance.
  • the second bearing surface 21 is the peripheral surface of the end opposite 22, and it is connected to the motor pinion 10 by a bearing 24, housed in a concavity of the motor pinion 10 and in the central recess of which it is engaged while being tightened.
  • the guide piece 18 crosses the planet carrier 11 by a hole 25 with play.
  • the pads 4 and 5 are brought together, applied to a rotating brake disc and are driven by friction in the tangential direction of rotation of the disc.
  • the radial forces exerted on the movable plate 5 and the ball screw 6 are transmitted to the guide part 18 by the first bearing surface 19, then to the motor pinion 10 and to the motor shaft 9 by the second surface of support 21 and bearing 24; they are then transmitted to the fixed part of the brake by the first bearing 14.
  • the force exerted on the balls between the ball screw 6 and the ball nut 13 is greatly reduced.
  • the guide part 18 therefore ensures the recovery of the non-axial forces, having a component orthogonal to the X-X axis, including the tangential forces, without hindering the recovery or the generation of axial forces by the ball screw 6.
  • the part guide 18 is small in volume and requires few changes to the brake design, and therefore little additional weight and bulk.
  • Figure 3 is an alternative embodiment, according to which the first bearing surface, now 26, is shorter because located on a bead Tl projecting outward from the first end of the guide piece, now 28.
  • the first bearing surface 26 may have a cylindrical shape, as shown here, or otherwise. The rest of the embodiment is not modified, and the guide piece 28 behaves in the same way as the previous guide piece 18.
  • FIG. 4 Another design, quite distinct from the previous ones, is shown in Figure 4.
  • the guide piece, now 29, still has a first surface support, now 30, arranged on a cylindrical portion 31 sunk in a recess 32 of the ball screw, now 33.
  • the main difference is that the guide piece 29 is not supported by the bearing 24 and the motor pinion 10, but by the ball nut, now referenced by 34.
  • the guide piece 29 is shorter than the previous one and comprises, outside the recess 32, a projecting collar 35, the radius of which is greater larger than that of the ball screw 33 and which extends to the inner face of the ball nut 34, to which it is joined by a bearing, here simply composed of balls 36 rolling in the grooves of the flange 35 and ball nut 34.
  • This embodiment may have the disadvantage of requiring a guide piece 29 of greater volume. But its effect is similar to that of the previous embodiment, the radial forces exerted on the ball screw 33 being transmitted to the ball nut 34, resting on the fixed part by the bearing 16, via the balls 36 which therefore constitute the second bearing surface of the guide rod 29. The balls connecting the ball screw 33 to the ball nut 34 are unloaded as before.
  • the guide piece 29 therefore ensures here again the recovery of the non-axial forces, having a component orthogonal to the axis XX, including the tangential forces, without hindering the recovery or the generation of axial forces by the ball screw 33.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Une vis à billes (6) à laquelle une plaquette mobile de freinage (5) est fixée, dans un frein dépourvu de piston extérieur de guidage, est guidée par une pièce intérieure de guidage (18) dont une face d'appui (21) est montée sur une pièce (9, 10) appartenant à une cartouche de transmission de mouvements dans un logement (2) du frein et soutenue (14) par la partie fixe (1) du frein. Les efforts radiaux exercés sur la plaquette (5) pendant le freinage sont alors repris surtout par la pièce de guidage (18), ce qui décharge les billes présentes entre la vis (6) et l'écrou (13) et qui commandent le déploiement de la vis (6).

Description

Description
Titre : Frein équipé d'une pièce de guidage d'une vis à billes déplaçant une plaquette de freinage
L'invention se rapporte à un frein équipé d'une pièce de guidage d'une vis à billes déplaçant une plaquette de freinage.
Certains freins comprennent une vis à billes par laquelle les mouvements de rotation d'un moteur actionneur sont transformés en mouvements de translation d'une plaquette servant au freinage. Les forces de freinage peuvent toutefois produire des efforts importants en direction radiale de la vis, qui endommage les billes et diminue la durée de vie du mécanisme.
On a donc cherché en concevant l'invention à éviter cet inconvénient, en fournissant un support à la vis à billes contre les efforts s'exerçant dans sa direction radiale, afin d'éviter de charger les billes, sans compliquer beaucoup le dispositif.
Sous une forme générale, l'invention est relative à un frein comprenant une partie fixe, une plaquette de freinage mobile par rapport à la partie fixe, une vis à billes à laquelle la plaquette de freinage est fixée, et une cartouche de transmission de mouvement et d'effort installée dans un logement de la partie fixe et s'étendant entre un pignon moteur et un écrou à billes engrenant avec la vis à billes en convertissant un mouvement de rotation du pignon moteur en un mouvement de translation de la vis à billes dans une direction axiale de la vis à billes, le frein étant caractérisé par une pièce de guidage possédant une première surface d'appui, engagée sur la vis à billes en maintenant la vis à billes contre des mouvements perpendiculaires à la direction axiale, et une seconde surface d'appui, retenue par une pièce de la cartouche en appui sur la partie fixe contre des mouvements perpendiculaires à ladite direction axiale.
Cette pièce de guidage peut occuper un volume réduit au centre du dispositif, sans imposer d'augmentation importante de son poids ou de son volume. Elle est prévue pour communiquer les efforts radiaux subis par la vis à billes pendant les freinages à des portions fixes du frein, notamment le boîtier ou la chape plus résistante que les billes. Ces avantages sont plus marqués si certaines caractéristiques optionnelles sont ajoutées à la définition précédente, notamment :
- la vis à billes comporte un évidement et la pièce de guidage comporte une partie, sur laquelle la première surface d'appui est présente, qui pénètre dans lesdits évidements : la pièce de guidage pénétrant dans la vis à billes et la soutenant par l'intérieur de celle-ci est forcément de petit volume ;
- la pièce de guidage, la vis à billes et la pièce de la cartouche sont toutes de révolution et coaxiales : la pièce de guidage occupant alors un volume central dans le logement, il sera encore facile de la construire avec une extension modérée ;
- la pièce de guidage est fixe en rotation, la pièce de la cartouche est tournante, et est reliée à la seconde surface d'appui par un palier ;
- les surfaces d'appui sont à deux extrémités opposées de la pièce de guidage ;
- la première surface d'appui forme un bourrelet cylindrique saillant autour de la pièce de guidage ;
- et la pièce de cartouche peut avantageusement être soit le pignon, la pièce de guidage pouvant alors traverser un porte-satellites de la cartouche, soit l'écrou à billes.
Le frein auquel l'invention sera appliquée pourra être soit un frein de service, soit un frein de stationnement.
L'invention sera maintenant décrite en détail au moyen des figures suivantes, qui en détaillent les différents aspects, caractéristiques et avantages, pour des réalisations particulières données à titre purement illustratif :
Figure 1 illustre une première réalisation de l'invention ;
Figure 2 cette réalisation, dans un autre état du frein ;
Figure 3 une variante de réalisation ; et
Figure 4 une autre réalisation de l'invention.
Toutes ces figures sont en perspective avec arrachement partiel.
On se reporte aux figures 1 et 2. Un frein comprend une partie fixe dont une portion principale 1 fixe, pouvant appartenir à une chape, comporte un logement 2 cylindrique s'ouvrant à une extrémité de la portion principale 1, et un étrier 3 relié à la portion principale 1 et porteur d'une plaquette fixe 4 de freinage qui est en butée axiale sur le nez de l'étrier 3, par exemple en lui étant fixée. L'étrier 3 est mobile par rapport à la portion principale 1, en étant guidé en translation, dans la direction d'un axe X-X. Une plaquette mobile 5 de freinage est située en face de la plaquette fixe 4 de freinage en étant alignée avec elle sur l'axe X-X, et elle est fixée à une vis à billes 6 par un raccord 7. La vis à billes 6 s'étend dans le logement 2, qui contient aussi une cartouche 8 de transmission de mouvements et d'efforts qui est composée de divers pièces engrenant les unes avec les autres, et destinées à convertir les mouvements de rotation d'un arbre moteur 9 en mouvements de translation de la vis à billes 6 dans la direction de l'axe X-X. La cartouche 8 comprend, successivement, à partir de l'arbre moteur 9, un pignon moteur 10, un porte-satellites 11, une couronne 12 et un écrou à billes 13 engrenant avec la vis à billes 6 par des billes ordinaires et non représentées. Les satellites situés radialement entre le porte-satellites 11 et la couronne 12 assurent l'irréversibilité des mouvements transmis à l'intérieur du frein. Le pignon moteur 10 est fixé à l'arbre moteur 9, et le porte-satellites 11 engrène avec le pignon moteur 10 aussi bien qu'avec la couronne 12 par deux cercles de pignons satellites. L'écrou à billes 13 est fixée à la couronne 12. La portion principale 1 soutient l'arbre moteur 9 et le pignon moteur 10 au moyen d'un premier palier 14, le porte-satellites 11 par un deuxième palier 15, et la couronne 12 porteuse de l'écrou à billes 13 par un troisième palier 16, ainsi que par une butée 17 à rouleaux. La figure 1 représente le dispositif à un état 9 en l'absence de freinage, les plaquettes 4 et 5 étant neuves et éloignées l'une de l'autre, et la figure 2 un état opposé, où les plaquettes 4 et 5 ont été usées et sont rapprochées fortement pour exercer un freinage. La vis à billes 6 est alors partiellement sortie de la partie fixe du frein et reçoit des forces de freinage en direction radiale (perpendiculairement à l'axe X-X) dans un état où le porte-à-faux qu'elle fait avec l'écrou à billes 13, qui la soutient par l'intermédiaire des billes, est assez important.
Il est conforme à l'invention d'ajouter au dispositif une pièce de guidage
18 pour reprendre les efforts radiaux exercés sur la vis à billes 6 et soulager les billes. La pièce de guidage 18 est de forme générale cylindrique, comprend une première surface d'appui 19 à une première extrémité 20 et une seconde surface d'appui 21 à l'extrémité opposée 22. La première surface d'appui 19 correspond à la face périphérique extérieure circulaire de la première extrémité 20, qui pénètre dans un évidement central 23 de la vis à billes 6, qui est creuse. La première surface d'appui 19 s'étend à faible distance de la paroi de l'évidement central 23, dans lequel la première extrémité 20 coulisse avec un petit jeu. La seconde surface d'appui 21 est la surface périphérique de l'extrémité opposée 22, et elle est reliée au pignon moteur 10 par un roulement 24, logé dans une concavité du pignon moteur 10 et dans l'évidement central duquel elle est engagée en étant serrée. La pièce de guidage 18 traverse le porte-satellites 11 par un perçage 25 avec du jeu.
Lors d'un freinage de service, les plaquettes 4 et 5 sont rapprochées, appliquées sur un disque de frein tournant et sont entraînées par frottement dans la direction tangentielle de la rotation du disque. Les forces radiales exercées sur la plaquette mobile 5 et la vis à billes 6 sont transmises à la pièce de guidage 18 par la première surface d'appui 19, puis au pignon moteur 10 et à l'arbre moteur 9 par la seconde surface d'appui 21 et le roulement 24 ; elles sont ensuite transmises à la partie fixe du frein par le premier palier 14. L'effort exercé sur les billes entre la vis à billes 6 et l'écrou à billes 13 est fortement réduit. La pièce de guidage 18 assure donc la reprise des efforts non axiaux, ayant une composante orthogonale à l'axe X-X, dont les efforts tangentiels, sans gêner la reprise ni la génération d'efforts axiaux par la vis à billes 6. Et la pièce de guidage 18 est de petit volume et impose peu de modifications à la conception du frein, et donc peu de poids et de volume supplémentaire.
La figure 3 est une variante de réalisation, d'après laquelle la première surface d'appui, maintenant 26, est plus courte car située sur un bourrelet Tl en saillie extérieure de la première extrémité de la pièce de guidage, maintenant 28. La première surface d'appui 26 peut avoir une forme cylindrique, comme représenté ici, ou autre. Le reste de la réalisation n'est pas modifié, et la pièce de guidage 28 se comporte de la même façon que la pièce de guidage 18 précédente.
Une autre conception, bien distincte des précédentes, est représentée à la figure 4. La pièce de guidage, maintenant 29, comporte toujours une première surface d'appui, maintenant 30, disposée sur une portion cylindrique 31 enfoncée dans un évidement 32 de la vis à billes, maintenant 33. La différence principale est que la pièce de guidage 29 n'est pas soutenue par le palier 24 et le pignon moteur 10, mais par l'écrou à billes, maintenant référencé par 34. A cet effet, la pièce de guidage 29 est plus courte que la précédente et comprend, hors de l'évidement 32, une collerette 35 saillante, dont le rayon est plus grand que celui de la vis à billes 33 et qui s'étend jusqu'à la face intérieure de l'écrou à billes 34, auquel il est uni par un palier, ici composé simplement de billes 36 roulant dans des gorges de la collerette 35 et de l'écrou à billes 34.
Cette réalisation peut présenter l'inconvénient de nécessiter une pièce de guidage 29 de plus grand volume. Mais son effet est analogue à celui de la réalisation précédente, les efforts radiaux exercés sur la vis à billes 33 étant transmis à l'écrou à billes 34, s'appuyant sur la partie fixe par le palier 16, par l'intermédiaire des billes 36 qui constituent donc la seconde surface d'appui de la tige de guidage 29. Les billes reliant la vis à billes 33 à l'écrou à billes 34 sont déchargées comme précédemment. La pièce de guidage 29 assure donc ici encore la reprise des efforts non axiaux, ayant une composante orthogonale à l'axe X-X, dont les efforts tangentiels, sans gêner la reprise ni la génération d'efforts axiaux par la vis à billes 33. Quelques modifications supplémentaires sont à remarquer dans cette réalisation, et notamment que le porte-satellites, maintenant 37, peut être légèrement modifié et être soutenu par le dernier palier 24 déjà mentionné, le palier 15 de la réalisation précédente, qui soutenait le porte-satellites 11, étant alors omis.
Nomenclature
Portion principale fixe
Logement
Etrier
Plaquette fixe
Plaquette mobile
Vis à billes
Raccord
Cartouche de transmission
Arbre moteur
Pignon moteur
Porte-satellites
Couronne
Ecrou à billes
Premier palier
Deuxième palier
Troisième palier
Butée à rouleaux
Pièce de guidage
Première surface d'appui
Première extrémité
Seconde surface d'appui
Extrémité opposée
Evidement central
Roulement
Perçage
Première surface d'appui
Bourrelet
Pièce de guidage
Pièce de guidage Première surface d'appui Portion cylindrique Evidement Vis à billes Ecrou à billes Collerettes Billes Porte-satellites

Claims

Revendications
1. Frein comprenant une partie fixe (1), une plaquette (5) de freinage mobile par rapport à la partie fixe, une vis à billes (6, 33) à laquelle la plaquette de freinage est fixée, et une cartouche (8) de transmission de mouvement et d'efforts installée dans un logement (2) de la partie fixe (1) et s'étendant entre un pignon moteur (9) et un écrou à billes (13, 34) faisant partie du frein, l'écrou à billes engrenant avec la vis à billes (6) en convertissant un mouvement de rotation du pignon moteur en un mouvement de translation de la vis à billes dans une direction axiale (X-X) de la vis à billes, le frein étant caractérisé par une pièce de guidage (18, 28, 29) possédant une première surface d'appui (19, 26, 30), engagée sur la vis à billes (6, 33) en maintenant la vis à billes contre des mouvements perpendiculaires à la direction axiale, et une seconde surface d'appui (21), retenue par une pièce de la cartouche en appui sur la partie fixe (1) contre des mouvements perpendiculaires à ladite direction axiale.
2. Frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis à billes comporte un évidement (23, 32) et la pièce de guidage comporte une partie, sur laquelle la première surface d'appui est présente, qui pénètre dans ledit évidement.
3. Frein selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce de guidage, la vis à billes et la pièce de la cartouche sont toutes de révolution et coaxiales.
4. Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce de guidage est fixe en rotation, la pièce de la cartouche est tournante, et est reliée à la seconde surface d'appui par un palier (24, 36).
5. Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première surface d'appui et la seconde surface d'appui sont à deux extrémités opposées de la pièce de guidage.
6. Frein selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première surface d'appui forme un bourrelet (27) cylindrique saillant autour de la pièce de guidage.
7. Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce de cartouche est le pignon moteur (9).
8. Frein selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pièce de guidage traverse un porte-satellites (11) de la cartouche. 9
9. Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce de cartouche est l'écrou à billes (34).
10. Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le frein est un frein de service.
11. Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le frein est un frein de stationnement doté de moyens irréversibles e transmission de mouvement.
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