WO2024104649A1 - Dispositif de vis à billes perfectionné, système de freinage comprenant ce dispositif de vis à billes, et véhicule comprenant ce système de freinage - Google Patents

Dispositif de vis à billes perfectionné, système de freinage comprenant ce dispositif de vis à billes, et véhicule comprenant ce système de freinage Download PDF

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balls
channel
nut
screw device
ball screw
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PCT/EP2023/077789
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Philippe Bourlon
Rodrigue TRAMIS
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Hitachi Astemo France
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
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    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/741—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on an ultimate actuator
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    • F16H25/2223—Cross over deflectors between adjacent thread turns, e.g. S-form deflectors connecting neighbouring threads

Definitions

  • the invention relates to the field of vehicle braking systems, more particularly electromechanically controlled braking systems.
  • a braking system for a vehicle in particular an automobile, of the disc type, that is to say comprising at least two friction elements intended to cooperate by friction respectively with two opposite faces of a disc attached in rotation to a wheel of the vehicle. Tightening the friction elements against the disc causes the vehicle to brake. When the friction elements are moved away from the faces of the disc, braking stops.
  • a clamping force application member sometimes called a piston.
  • hydraulic means More recently, it has been proposed to control the clamping force application member by electromechanical means.
  • electromechanical control means have the particular advantage of being able to be controlled electronically and thus of allowing different operating modes to be defined by software means depending on different situations.
  • the electromechanical means for controlling the clamping force application member usually comprise an electric actuator intended to provide a clamping force.
  • a ball screw device converts the rotational movement of an output shaft of the electric actuator into translational movement of the clamping force application member.
  • the ball screw device comprises a channel delimiting a ball recirculation path, this channel comprising an end for recovering the balls at the end of the helical path and an end for inserting the balls at the start of the helical path.
  • the efficiency of a ball screw device is all the more efficient if the balls can roll rather than slide. Indeed, if the balls do not roll, in particular if the balls slide against their guide surfaces, the performance of the ball screw device is less good.
  • the recirculation channel is relatively cramped and has a shape producing at least locally a sliding of the balls to the detriment of the rolling of the balls.
  • the invention aims in particular to promote as much as possible the rolling of the balls in the ball recirculation channel, this taking into account the constraints of limiting the size specific to a ball screw device.
  • the recirculation channel comprises a radially interior surface for guiding the balls evolving all along the recirculation path in accordance with the movement of a generating curve along this same recirculation path.
  • a radially interior surface of the recirculation channel is distinguished from a radially exterior surface of this recirculation channel in that it is closer to the axis of the helical path of the balls than the radially exterior surface.
  • the radially interior guiding surface of the balls which, according to the invention, evolves all along the recirculation path in accordance with the movement of a curve along this same recirculation path very effectively promotes the rolling of the balls in the recirculation channel, while by allowing this recirculation channel to be provided in a reduced space. As a result, the efficiency of the ball screw device is very high.
  • the generating curve is formed by an arc of a circle or a complete circle. This optimizes the rolling of the balls in the recirculation channel.
  • the ball recovery and insertion ends delimit paths along curved parts of a neutral fiber of the channel called ball recovery and insertion respectively.
  • the paths along curved parts of the neutral fiber of the channel optimize the rolling of the balls in the recirculation channel.
  • the curved parts of neutral fiber for recovering and inserting the balls are formed by circular arcs. This further optimizes the rolling of the balls in the recirculation channel.
  • the generating curve is formed by an arc of a circle or a complete circle of radius Rc between 105% and 115% of the radius Rb of a ball, preferably between 105% and 111% of the radius Rb of a ball, and at least one of the curved neutral fiber parts for recovering and inserting the balls, called the neutral fiber curved part considered, has a minimum radius Rmin verifying the relationship:
  • A is the angle between a first ray of the curved part of neutral fiber considered passing through a point of contact between first and second balls moving along the curved part of neutral fiber considered and a second ray of the part neutral fiber curve considered passing through the center of the first ball.
  • the curved parts of neutral fiber for recovering and inserting the balls are respectively parallel to intersecting planes that are symmetrical with respect to a plane passing through an axis of the nut and a straight line of intersection of the symmetrical planes. This symmetry optimizes the rolling of the balls in the recirculation channel while homogenizing the manufacturing steps of the recirculation channel.
  • the recirculation channel comprises a ball transfer part connecting the ball recovery and insertion ends, preferably delimiting a path along a rectilinear ball transfer part of the neutral fiber of the channel.
  • This transfer part is simple to make.
  • the nut comprises a body in which at least part of the recirculation channel is provided, the recovery and insertion ends of this channel being provided at least in part respectively in reported ball recovery and insertion elements in respective radial housings provided in the body of the nut.
  • the ball recovery and insertion elements can be manufactured separately, which facilitates the creation of the complete recirculation channel while ensuring great control of the shape of this channel.
  • the ball screw device comprises a sleeve covering at least partly the body of the nut so as to retain the recovery and insertion elements in their respective radial housings.
  • the sleeve manufactured separately, also facilitates the creation of the complete recirculation channel.
  • the sleeve has a radially internal surface participating in the delimitation of the transfer part of the recirculation channel.
  • part of the surface of the channel can be produced by allowing access to machining tools in a relevant area of the nut.
  • the ball screw device is as defined above.
  • the invention also relates to a vehicle, characterized in that it comprises a braking system as defined above.
  • FIG. 1 there is a schematic top view of a vehicle in which a braking system according to the invention is arranged;
  • FIG. 1 there is a perspective view, partially exploded, of part of the ball screw device of the , showing a ball insertion element as well as a housing in which it is intended to be attached, provided in a body of the nut;
  • the invention applies to any type of braking system, in particular those intended to equip motor vehicles of the tourist type, SUV (English acronym for “Sport Utility Vehicles”), two wheels (in particular motorcycles), airplanes. , industrial vehicles such as vans, "heavy goods vehicles” - that is to say metros, buses, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), off-road vehicles such as agricultural or civil engineering -, or other transport or handling vehicles.
  • industrial vehicles such as vans, "heavy goods vehicles” - that is to say metros, buses, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), off-road vehicles such as agricultural or civil engineering -, or other transport or handling vehicles.
  • non-motorized vehicles such as trailers, semi-trailers or caravans.
  • This braking system 2 is of the floating caliper disc type. It comprises at least two friction elements 4A, 4B intended to cooperate by friction respectively with two opposite faces FA, FB of a disc 5, integral in rotation with a wheel 3 of the vehicle.
  • the braking system 2 is of the electromechanical type. It includes a tightening device D for tightening the two friction elements 4A, 4B on the two opposite faces FA, FB of the disc 5.
  • the clamping device D is provided with a floating stirrup 6 carrying a member 7 for applying clamping force to one of the friction elements 4A. It will be noted that, according to a variant not shown, the invention also applies to a fixed caliper braking system. In this case, the clamping device D comprises two members 7 for applying force respectively to the two friction elements 4A, 4B.
  • the braking system 2 comprises an electric actuator 8 (shown schematically on the ) intended to provide clamping force.
  • the electric actuator 8 comprises a rotating output shaft 9.
  • a ball screw device 10 according to the invention makes it possible to convert the rotational movement of the output shaft 9 of the actuator 8 into translational movement of the member 7 for applying clamping force.
  • the ball screw device 10 comprises a screw 11 cooperating with a nut 12 via balls 13 (see Figures 4 to 6). These balls 13 are guided along a helical path 14 (schematized by a helical line on the ) by complementary threads 15, 16 (see ) formed in the screw 11 and a body 17 of the nut 12. More particularly, the shaft 9 is coupled with the nut 12 by coupling means 18 with gears comprising, for example, epicyclic type gears forming a reducer (shown schematically on the ). Nut 12 therefore receives the rotational movement of shaft 9.
  • a connecting end 11E of the screw 11 is connected by coupling means 19 to the member 7 for applying tightening force.
  • the screw 11 delivers the translation movement of the tightening force application member 7.
  • the balls 13 move along the helical path 14 being recirculated from the end of this helical path 14 to the start of this helical path 14 by a channel 20 delimiting a path of recirculation of the balls 13.
  • This recirculation channel 20, provided at least partly in the nut 12, is visible in particular in Figures 3 and 7.
  • the recirculation channel 20 coincides at least in part with an imaginary envelope which is represented in Figures 8 and 9 and which, in the following, will be designated by the same reference 20.
  • the recirculation channel 20 comprises an end 20R for recovering the balls 13, at the end of the helical path, and an end 20I for inserting the balls 13, at the start of the path helical.
  • the recovery ends 20R and insertion ends 20I of the channel 20 are provided, at least in part, respectively in recovery elements 21R and insertion 21I of the balls 13.
  • Each of these elements 21R, 21I is attached to a corresponding radial housing 22R, 22I provided in the body 17 of the nut 12.
  • the recovery elements 21R and insertion elements 21I each comprise a shoulder E21 intended to cooperate with a complementary shoulder E22 provided in the corresponding radial housing 22R, 22I (see in particular Figures 6 and 7).
  • the nut 12 comprises a sleeve 23 covering at least partly the body 17 of the nut 12 so as to retain the recovery elements 21R and insertion 21I in their corresponding radial housings 22R, 22I.
  • the recirculation channel 20 comprises a radially interior surface 24 for guiding the balls 13.
  • This surface 24, part of which is clearly visible on the evolves throughout the recirculation path in accordance with the movement of a generating curve along this same recirculation path.
  • the generating curve is formed by an arc of a circle or, for example depending on the position in the recirculation path, a complete circle.
  • the recovery ends 20R and insertion ends 20I of the recirculation channel 20 of the balls 13 delimit paths along curved parts 25CR, 25CI of the neutral fiber 25, called respectively recovery and insertion of the balls 13.
  • the curved recovery 25CR and insertion 25CI parts of the neutral fiber 25 are formed by circular arcs.
  • the curved recovery parts 25CR and insertion 25CI of the neutral fiber 25 are parallel respectively to sequential planes PCR, PCI symmetrical with respect to a plane P passing through l axis H of the nut 12 and a straight line G of intersection of the symmetrical planes PCR, PCI.
  • the recirculation channel 20 comprises a part 20T for transferring the balls 13 connecting the recovery ends 20R and insertion 20I of the balls.
  • This 20T transfer part preferably delimits a path along a rectilinear part of the neutral fiber 25, called the 25T transfer part of the neutral fiber 25.
  • the sleeve 23 comprises a radially internal surface 23I participating in the delimitation of the transfer part 20T of the recirculation channel 20.
  • the radially interior surface 24 for guiding the balls 13 which evolves, all along the recirculation path in accordance with the movement of a generating curve along this same recirculation path, very effectively promotes the rolling of the balls 13 in channel 20.
  • the generating curve of the radially interior surface 24 is formed by an arc of a circle or a complete circle of radius Rc of between 105% and 115% of the radius Rb of a ball 13, preferably between 105% and 111% of the radius RB of a ball 13 (see ).
  • said curved part of neutral fiber considered has a minimum radius Rmin verifying the relationship:
  • the two curved parts of insertion 25CI and recovery 25CR of the balls 13 of the neutral fiber have a minimum radius Rmin verifying the above relationship.
  • the channel 20 is provided in different elements (body 17 of the nut 12, recovery elements 21R and insertion 21I of the balls 13, sleeve 23 covering at least partly the body 17 of the nut 12 so as to retain the recovery elements 21R and insertion elements 21I in their radial housings 22R, 22I) assembled together to form the nut 12, access of machining tools to these elements taken separately is easy this which facilitates the production of the overall surface of the channel 20 described above.
  • the invention is not limited to the embodiments presented and other embodiments will be clear to those skilled in the art. It is in particular possible to make the different elements of the ball screw device in various materials, in particular metallic materials or other materials having resistances adapted to the usual forces undergone by these elements.
  • H axis of the helical path coinciding with the axis of the screw and nut
  • PCI sequential planes symmetrical with respect to a plane P passing through the axis H and the line G of intersection of the symmetrical planes PCR, PCI

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Abstract

Ce dispositif de vis à billes comprend : <ul id="ulis7" list-style="dash"><li>une vis (11) coopérant avec un écrou (12) par l'intermédiaire de billes, les billes étant guidées le long d'un trajet hélicoïdal par des filets complémentaires (15, 16) ménagés dans la vis (11) et l'écrou (12), </li><li>un canal (20) délimitant un trajet de recirculation des billes, ce canal de recirculation (20) étant ménagé au moins en partie dans l'écrou (12) et comprenant une extrémité (20R) de récupération des billes en fin de trajet hélicoïdal et une extrémité (20I) d'insertion des billes en début de trajet hélicoïdal. </li></ul> Le canal de recirculation (20) comprend une surface radialement intérieure (24) de guidage des billes évoluant tout le long du trajet de recirculation conformément au mouvement d'une courbe génératrice selon ce même trajet de recirculation.

Description

Dispositif de vis à billes perfectionné, système de freinage comprenant ce dispositif de vis à billes, et véhicule comprenant ce système de freinage Domaine technique de l’invention
L’invention se rapporte au domaine des systèmes de freinage pour véhicule, plus particulièrement des systèmes de freinage à commande électromécanique.
 Arrière-plan technique
On connaît déjà dans l'état la technique un système de freinage pour véhicule, notamment automobile, du type à disque c’est-à-dire comportant au moins deux éléments de friction destinés à coopérer par friction respectivement avec deux faces opposées d’un disque solidaire en rotation d’une roue du véhicule. Le serrage des éléments de friction contre le disque provoque le freinage du véhicule. Lorsque les éléments de friction sont écartés des faces du disque, le freinage cesse.
Habituellement, au moins un des éléments de friction est sollicité contre une face correspondante du disque par un organe d’application de force de serrage, parfois appelé piston. Il est connu de commander l’organe d’application de force de serrage par des moyens hydrauliques. Plus récemment, on a proposé de commander l’organe d’application de force de serrage par des moyens électromécaniques. En effet, les moyens électromécaniques de commande ont notamment pour avantage de pouvoir être pilotés électroniquement et ainsi de permettre de définir par des moyens logiciels différents modes de fonctionnement en fonction de différentes situations.
Les moyens électromécaniques de commande de l’organe d’application de force de serrage comprennent habituellement un actionneur électrique destiné à fournir une force de serrage. Un dispositif de vis à billes convertit le mouvement de rotation d’un arbre de sortie de l’actionneur électrique en mouvement de translation de l’organe d’application de force de serrage.
On connaît déjà dans l'état la technique un dispositif de vis à billes, du type comprenant une vis coopérant avec un écrou par l’intermédiaire de billes guidées le long d’un trajet hélicoïdal par des filets complémentaires ménagés dans la vis et l’écrou. Du fait que les billes se déplacent le long du trajet hélicoïdal, il convient de les remettre en circulation depuis la fin de ce trajet hélicoïdal jusqu’au début de ce trajet hélicoïdal. A cet effet, le dispositif de vis à billes comporte un canal délimitant un trajet de recirculation des billes, ce canal comprenant une extrémité de récupération des billes en fin de trajet hélicoïdal et une extrémité d’insertion des billes en début de trajet hélicoïdal.
Or, dans un système de freinage à commande électromécanique, l’encombrement du dispositif de vis à billes doit être le plus limité possible. On a donc proposé dans l’état de la technique de ménager ce canal de recirculation au moins en partie dans l’écrou.
Par ailleurs, on a pu observer que le rendement d’un dispositif de vis à billes est d’autant plus performant que les billes peuvent rouler plutôt que de glisser. En effet, si les billes ne roulent pas, en particulier si les billes glissent contrent leurs surfaces de guidage, le rendement du dispositif de vis à billes est moins bon. Or, on observe dans l’état de la technique que, du fait des contraintes d’encombrement, le canal de recirculation est relativement exigu et présente une forme produisant au moins localement un glissement des billes au détriment du roulement des billes.
L'invention a notamment pour but de favoriser autant que possible le roulement des billes dans le canal de recirculation des billes, ceci en prenant en compte les contraintes de limitation de l’encombrement propres à un dispositif de vis à billes.
A cet effet l’invention a pour objet un dispositif de vis à billes, du type comprenant :
  • une vis coopérant avec un écrou par l’intermédiaires de billes,
  • les billes étant guidées le long d’un trajet hélicoïdal par des filets complémentaires ménagés dans la vis et l’écrou,
  • un canal délimitant un trajet de recirculation des billes, ce canal de recirculation étant ménagé au moins en partie dans l’écrou et comprenant une extrémité de récupération des billes en fin de trajet hélicoïdal et une extrémité d’insertion des billes en début de trajet hélicoïdal,
caractérisé en ce que le canal de recirculation comprend une surface radialement intérieure de guidage des billes évoluant tout le long du trajet de recirculation conformément au mouvement d’une courbe génératrice selon ce même trajet de recirculation.
Une surface radialement intérieure du canal de recirculation se distingue d’une surface radialement extérieure de ce canal de recirculation en ce qu’elle est plus proche de l’axe du trajet hélicoïdal des billes que la surface radialement extérieure.
La surface radialement intérieure de guidage des billes qui, selon l’invention, évolue tout le long du trajet de recirculation conformément au mouvement d’une courbe selon ce même trajet de recirculation favorise très efficacement le roulement des billes dans le canal de recirculation, tout en permettant de ménager ce canal de recirculation dans un espace réduit. De ce fait, le rendement du dispositif de vis à billes est très élevé.
On précisera ci-dessous d’autres caractéristiques optionnelles de ce dispositif de vis à billes qui peuvent être prises seules ou en combinaison.
- La courbe génératrice est formée par un arc de cercle ou un cercle complet. On optimise ainsi le roulement des billes dans le canal de recirculation.
- Les extrémités de récupération et d’insertion des billes délimitent des trajets le long de parties courbes d’une fibre neutre du canal dites respectivement de récupération et d’insertion des billes. Les trajets le long de parties courbes de la fibre neutre du canal optimisent le roulement des billes dans le canal de recirculation.
- Les parties courbes de fibre neutre de récupération et d’insertion des billes sont formées par des arcs de cercle. Ainsi, on optimise encore le roulement des billes dans le canal de recirculation.
- La courbe génératrice est formée par un arc de cercle ou un cercle complet de rayon Rc compris entre 105% et 115% du rayon Rb d’une bille, de préférence entre 105% et 111% du rayon Rb d’une bille, et au moins une des parties courbes de fibre neutre de récupération et d’insertion des billes, dite partie courbe de fibre neutre considérée, a un rayon minimal Rmin vérifiant la relation :
dans laquelle A est l’angle entre un premier rayon de la partie courbe de fibre neutre considérée passant par un point de contact entre des première et seconde billes se déplaçant le long de la partie courbe de fibre neutre considérée et un second rayon de la partie courbe de fibre neutre considérée passant par le centre de la première bille.
On optimise ainsi encore davantage le roulement des billes dans le canal de recirculation.
- Les parties courbes de fibre neutre de récupération et d’insertion des billes sont parallèles respectivement à des plans sécants symétriques par rapport à un plan passant par un axe de l’écrou et une droite d’intersection des plans symétriques. Cette symétrie optimise le roulement des billes dans le canal de recirculation tout en homogénéisant des étapes de fabrication du canal de recirculation.
- Le canal de recirculation comprend une partie de transfert des billes reliant les extrémités de récupération et d’insertion des billes, délimitant de préférence un trajet le long d’une partie rectiligne de transfert des billes de la fibre neutre du canal. Cette partie de transfert est simple à fabriquer.
- L’écrou comporte un corps dans lequel est ménagé au moins une partie du canal de recirculation, les extrémités de récupération et d’insertion de ce canal étant ménagées au moins en partie respectivement dans des éléments de récupération et d’insertion de billes rapportés dans des logements radiaux respectifs ménagés dans le corps de l’écrou. Les éléments de récupération et d’insertion de billes peuvent être fabriqués séparément, ce qui facilite la réalisation du canal de recirculation complet tout en assurant une grande maîtrise de la forme de ce canal.
- Le dispositif de vis à billes comprend un manchon recouvrant au moins en partie le corps de l’écrou de façon à retenir les éléments de récupération et d’insertion dans leurs logements radiaux respectifs. Le manchon, fabriqué séparément, facilite également la réalisation du canal de recirculation complet.
- Le manchon comporte une surface radialement interne participant à la délimitation de la partie de transfert du canal de recirculation. Ainsi, avant montage du manchon, on peut réaliser une partie de la surface du canal en permettant l’accès d’outils d’usinage dans une zone pertinente de l’écrou.
L’invention a également pour objet un système de freinage pour véhicule, comportant :
  • un actionneur électrique destiné à fournir une force de serrage,
  • un organe d’application de force de serrage à au moins un élément de friction, et
  • un dispositif de vis à billes destiné à convertir le mouvement de rotation d’un arbre de sortie de l’actionneur électrique en mouvement de translation de l’organe d’application de force de serrage,
caractérisé en ce que le dispositif de vis à billes est tel que défini ci-dessus.
L’invention a également pour objet un véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend un système de freinage tel que défini ci-dessus.
 Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
la est une vue schématique de dessus d’un véhicule dans lequel un système de freinage selon l'invention est agencé ;
la est une vue schématique d’un système de freinage auquel l'invention peut être appliquée ;
la est une vue en coupe axiale d’un dispositif de vis à billes selon l’invention ;
la est une vue en perspective d’une rangée de billes évoluant entre leur trajet de recirculation et leur trajet hélicoïdal ;
la est une vue en perspective, partiellement éclatée, du dispositif de vis à billes de la  ;
la est une vue en perspective d’un ensemble de billes évoluant dans le trajet de recirculation et le trajet hélicoïdal ;
la est une vue en perspective, partiellement éclatée, d’une partie du dispositif de vis à billes de la , montrant un élément d’insertion de billes ainsi qu’un logement dans lequel il est destiné à être rapporté, ménagé dans un corps de l’écrou ;
la est une vue en perspective d’une enveloppe imaginaire représentant des surfaces de guidage des billes dans le canal de recirculation ;
la est une vue en perspective de l’enveloppe imaginaire de la selon un autre point de vue que celui de la  ;
la est un schéma de plans et axes géométriques utiles pour la description de la forme du canal de recirculation des billes ;
la est un schéma montrant des première et seconde billes se déplaçant le long d'une fibre neutre courbe dans une extrémité de récupération ou d'insertion des billes du canal de recirculation.
On a représenté sur la un véhicule automobile 1 dans lequel un système de freinage 2, de type électromécanique, selon l'invention, est agencé sur chacune des quatre roues 3.
On notera que l'invention s'applique à tout type de système de freinage, notamment ceux destinés à équiper des véhicules à moteur de type tourisme, SUV (acronyme anglais pour « Sport Utility Vehicles »), deux roues (notamment motos), avions, véhicules industriels tels que les camionnettes, les « poids-lourds » - c'est-à-dire les métros, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), les véhicules hors-la-route tels que les engins agricoles ou de génie civil -, ou autres véhicules de transport ou de manutention. L’invention s’applique également aux véhicules non motorisés tels que les remorques, les semi-remorques ou les caravanes.
On a schématisé sur la un exemple de système de freinage 2 auquel l'invention, qui sera décrite plus en détail ci-dessous, est appliquée. Ce système de freinage 2 est du type à disque à étrier flottant. Il comprend au moins deux éléments de friction 4A, 4B destinés à coopérer par friction respectivement avec deux faces opposées FA, FB d’un disque 5, solidaire en rotation d’une roue 3 du véhicule.
Le système de freinage 2 est de type électromécanique. Il comprend un dispositif de serrage D pour serrer les deux éléments de friction 4A, 4B sur les deux faces opposées FA, FB du disque 5.
Le dispositif de serrage D est muni d’un étrier flottant 6 portant un organe 7 d’application de force de serrage à un des éléments de friction 4A. On notera que, selon une variante non représentée, l’invention s’applique également à un système de freinage à étrier fixe. Dans ce cas, le dispositif de serrage D comporte deux organes 7 d’application de force respectivement aux deux éléments de friction 4A, 4B.
En se référant aux figures 3 à 6, on voit que le système de freinage 2 comporte un actionneur électrique 8 (schématisé sur la ) destiné à fournir une force de serrage. L’actionneur électrique 8 comprend un arbre rotatif de sortie 9. Un dispositif 10 de vis à billes selon l’invention permet de convertir le mouvement de rotation de l’arbre de sortie 9 de l’actionneur 8 en mouvement de translation de l’organe 7 d’application de force de serrage.
En effet, le dispositif 10 de vis à billes comprend une vis 11 coopérant avec un écrou 12 par l’intermédiaire de billes 13 (voir figures 4 à 6). Ces billes 13 sont guidées le long d’un trajet hélicoïdal 14 (schématisé par une ligne hélicoïdale sur la ) par des filets complémentaires 15, 16 (voir ) ménagés dans la vis 11 et un corps 17 de l’écrou 12. Plus particulièrement, l’arbre 9 est couplé avec l’écrou 12 par des moyens de couplage 18 à engrenages comportant par exemple des engrenages de type épicycloïdal formant réducteur (schématisés sur la ). L’écrou 12 reçoit donc le mouvement de rotation de l’arbre 9.
Par ailleurs, une extrémité 11E de liaison de la vis 11 est reliée par des moyens d’attelage 19 à l’organe 7 d’application de force de serrage. Ainsi, la vis 11 délivre le mouvement de translation de l’organe 7 d’application de force de serrage.
Dans le dispositif 10 de vis à billes, les billes 13 se déplacent le long du trajet hélicoïdal 14 en étant remises en circulation depuis la fin de ce trajet hélicoïdal 14 jusqu’au début de ce trajet hélicoïdal 14 par un canal 20 délimitant un trajet de recirculation des billes 13. Ce canal de recirculation 20, ménagé au moins en partie dans l’écrou 12, est visible notamment sur les figures 3 et 7.
Le canal de recirculation 20 coïncide au moins en partie avec une enveloppe imaginaire qui est représentée sur les figures 8 et 9 et qui, dans ce qui suit, sera désignée par la même référence 20.
En se référant notamment à ces figures 8 et 9, on voit que le canal de recirculation 20 comprend une extrémité 20R de récupération des billes 13, en fin de trajet hélicoïdal, et une extrémité 20I d’insertion des billes 13, en début de trajet hélicoïdal.
En se référant aux figures 3 à 7, on voit qu’au moins une partie du canal de recirculation 20 est ménagé dans le corps 17 de l’écrou 12. Plus particulièrement, on voit que les extrémités de récupération 20R et d’insertion 20I du canal 20 sont ménagées, au moins en partie, respectivement dans des éléments de récupération 21R et d’insertion 21I des billes 13. Chacun de ces éléments 21R, 21I est rapporté dans un logement radial correspondant 22R, 22I ménagé dans le corps 17 de l’écrou 12. On notera que les éléments de récupération 21R et d’insertion 21I comportent chacun un épaulement E21 destiné à coopérer avec un épaulement complémentaire E22 ménagé dans le logement radial correspondant 22R, 22I (voir notamment figures 6 et 7).
En se référant notamment aux figures 3 et 5, on voit que l’écrou 12 comprend un manchon 23 recouvrant au moins en partie le corps 17 de l’écrou 12 de façon à retenir les éléments de récupération 21R et d’insertion 21I dans leurs logements radiaux 22R, 22I correspondants.
Dans la description du canal de recirculation 20 qui va suivre, on qualifiera un élément de radialement intérieur ou extérieur selon qu’il est radialement proche de l’axe H du trajet hélicoïdal 14 ou éloigné radialement de cet axe H. On notera que l’axe H du trajet hélicoïdal 14 coïncide avec l’axe de la vis 11 et de l’écrou 12.
En se référant notamment aux figures 3 et 7 à 9, on voit que le canal de recirculation 20 comprend une surface 24 radialement intérieure de guidage des billes 13. Cette surface 24, dont une partie est bien visible sur la , évolue tout le long du trajet de recirculation conformément au mouvement d’une courbe génératrice selon ce même trajet de recirculation.
De préférence, la courbe génératrice est formée par un arc de cercle ou, par exemple selon la position dans le trajet de recirculation, un cercle complet.
Dans ce qui suit, on appellera fibre neutre du canal de recirculation 20 la ligne imaginaire passant par le centre de gravité des sections droites de ce canal 20, ceci en considérant de façon imaginaire le canal de recirculation 20 comme un corps plein. Sur les figures 6, 8 et 9, on a désigné par la référence numérique 25 la fibre neutre du canal de recirculation 20.
En se référant à ces figures 6, 8 et 9, on voit que les extrémités de récupération 20R et d’insertion 20I du canal de recirculation 20 des billes 13 délimitent des trajets le long de parties courbes 25CR, 25CI de la fibre neutre 25, dites respectivement de récupération et d’insertion des billes 13. De préférence, les parties courbes de récupération 25CR et d’insertion 25CI de la fibre neutre 25 sont formées par des arcs de cercle.
En se référant plus particulièrement aux figures 8 à 10, on voit que les parties courbes de récupération 25CR et d’insertion 25CI de la fibre neutre 25 sont parallèles respectivement à des plans séquents PCR, PCI symétriques par rapport à un plan P passant par l’axe H de l’écrou 12 et une droite G d’intersection des plans symétriques PCR, PCI.
En se référant notamment aux figures 3, 5, 8 et 9, on voit que le canal de recirculation 20 comprend une partie 20T de transfert des billes 13 reliant les extrémités de récupération 20R et d’insertion 20I des billes. Cette partie de transfert 20T délimite, de préférence, un trajet le long d’une partie rectiligne de la fibre neutre 25, dite partie de transfert 25T de la fibre neutre 25.
En se référant notamment à la , on voit que le manchon 23 comporte une surface radialement interne 23I participant à la délimitation de la partie de transfert 20T du canal de recirculation 20.
Dans le canal de recirculation 20, la surface radialement intérieure 24 de guidage des billes 13 qui évolue, tout le long du trajet de recirculation conformément au mouvement d’une courbe génératrice selon ce même trajet de recirculation, favorise très efficacement le roulement des billes 13 dans le canal 20.
Toutefois, pour optimiser davantage le roulement des billes dans le canal 20, en évitant leur coincement, la courbe génératrice de la surface radialement intérieure 24 est formée par un arc de cercle ou un cercle complet de rayon Rc compris entre 105% et 115% du rayon Rb d’une bille 13, de préférence entre 105% et 111% du rayon RB d’une bille 13 (voir ).
Par ailleurs, pour optimiser encore davantage le roulement des billes dans le canal 20, au moins une des parties choisie parmi :
  • la partie courbe 25CI d’insertion des billes 13 de la fibre neutre 25 du canal de recirculation 20, et
  • la partie courbe 25CR de récupération des billes 13 de la fibre neutre 25 du canal de recirculation 20,
dite partie courbe de fibre neutre considérée, a un rayon minimal Rmin vérifiant la relation :
dans laquelle A (voir ) est l’angle entre :
  • un premier rayon R1 de la partie courbe de fibre neutre considérée passant par un point 26 de contact entre des première et seconde billes 13 se déplaçant le long de la partie courbe de fibre neutre considérée et
  • un second rayon R2 de la partie courbe de fibre neutre considérée passant par le centre 27 de la première bille 13.
De préférence, les deux parties courbe d’insertion 25CI et de récupération 25CR des billes 13 de la fibre neutre ont un rayon minimal Rmin vérifiant la relation ci-dessus.
On notera que du fait que le canal 20 est ménagé dans différents éléments (corps 17 de l’écrou 12, éléments de récupération 21R et d’insertion 21I des billes 13, manchon 23 recouvrant au moins en partie le corps 17 de l’écrou 12 de façon à retenir les éléments de récupération 21R et d’insertion 21I dans leurs logements radiaux 22R, 22I) assemblés entre eux pour former l’écrou 12, l’accès d’outils d’usinage à ces éléments pris séparément est aisé ce qui facilite la réalisation de la surface globale du canal 20 décrite ci-dessus.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible de réaliser les différents éléments du dispositif de vis à billes dans divers matériaux, en particulier des matériaux métalliques ou d’autres matériaux ayant des résistances adaptées aux efforts habituels subis par ces éléments.
Liste de références :
1 : véhicule automobile
2 : système de freinage
D : dispositif de serrage
3 : roue
4A, 4B : élément de friction
5 : disque
6 : étrier flottant
7 : organe d’application de force
8 : actionneur électrique
9 : arbre de sortie
10 : dispositif de vis à billes
11 : vis
11E : extrémité de liaison de la vis
12 : écrou
13 : billes
14 : trajet hélicoïdal des billes
15 : filet de la vis
16 : filet du corps de l’écrou
17 : corps de l’écrou
18 : moyens de couplage
19 : moyens d’attelage
20 : canal de recirculation des billes
20I : extrémité d’insertion des billes du canal de recirculation
20R : extrémité de récupération des billes du canal de recirculation
20T : partie de transfert des billes du canal de recirculation
21I : élément d’insertion des billes
21R : élément de récupération des billes
22I : logement radial correspondant
22R : logement radial correspondant
23 : manchon de l’écrou
23I : surface radialement interne du manchon
24 : surface radialement intérieure de guidage des billes
25 : fibre neutre du canal de recirculation
25CI : partie courbe d’insertion des billes de la fibre neutre du canal de recirculation
25CR : partie courbe de récupération des billes de la fibre neutre du canal de recirculation
25T : partie de transfert de la fibre neutre
26 : point de contact entre des première et seconde billes se déplaçant le long d’une partie courbe de la fibre neutre du canal de recirculation
27 : centre d’une bille
D : dispositif de serrage
E21 : épaulement
E22 : épaulement complémentaire
FA, FB : faces du disque
G : droite d’intersection des plans symétriques PCR, PCI
H : axe du trajet hélicoïdal coïncidant avec l’axe de la vis et de l’écrou
PCR, PCI : plans séquents symétriques par rapport à un plan P passant par l’axe H et la droite G d’intersection des plans symétriques PCR, PCI

Claims (8)

  1. Dispositif de vis à billes, du type comprenant :
    • une vis (11) coopérant avec un écrou (12) par l’intermédiaire de billes (13),
    • les billes (13) étant guidées le long d’un trajet hélicoïdal (14) par des filets complémentaires (15, 16) ménagés dans la vis (11) et l’écrou (12),
    • un canal (20) délimitant un trajet de recirculation des billes (13), ce canal de recirculation (20) étant ménagé au moins en partie dans l’écrou (12) et comprenant une extrémité (20R) de récupération des billes (13) en fin de trajet hélicoïdal (14) et une extrémité (20I) d’insertion des billes (13) en début de trajet hélicoïdal (14),
    dans lequel le canal de recirculation (20) comprend une surface radialement intérieure (24) de guidage des billes (13) évoluant tout le long du trajet de recirculation conformément au mouvement d’une courbe génératrice selon ce même trajet de recirculation, la courbe génératrice étant formée par un arc de cercle ou un cercle complet,
    dans lequel les extrémités de récupération (20R) et d’insertion (20I) des billes (13) délimitent des trajets le long de parties courbes d’une fibre neutre du canal (20) dites respectivement de récupération (25CR) et d’insertion (25CI) des billes (13),
    dans lequel les parties courbes de fibre neutre de récupération (25CR) et d’insertion (25CI) des billes (13) sont formées par des arcs de cercle,
    caractérisé en ce que la courbe génératrice est formée par un arc de cercle ou un cercle complet de rayon Rc compris entre 105% et 115% du rayon Rb d’une bille (13), de préférence entre 105% et 111% du rayon Rb d’une bille (13), et au moins une des parties courbes de fibre neutre de récupération (25CR) et d’insertion (25CI) des billes (13), dite partie courbe de fibre neutre considérée, a un rayon minimal Rmin vérifiant la relation :

    dans laquelle A est l’angle entre un premier rayon (R1) de la partie courbe de fibre neutre considérée passant par un point (26) de contact entre des première et seconde billes (13) se déplaçant le long de la partie courbe de fibre neutre considérée et un second rayon (R2) de la partie courbe de fibre neutre considérée passant par le centre (27) de la première bille.
  2. Dispositif de vis à billes selon la revendication 1, dans lequel les parties courbes de fibre neutre de récupération (25CR) et d’insertion (25CI) des billes (13) sont parallèles respectivement à des plans sécants (PCR, PCI) symétriques par rapport à un plan (P) passant par un axe (H) de l’écrou (12) et une droite (G) d’intersection des plans symétriques (PCR, PCI).
  3. Dispositif de vis à billes selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le canal (20) de recirculation comprend une partie (20T) de transfert des billes (13) reliant les extrémités de récupération (20R) et d’insertion (20I) des billes (13), délimitant de préférence un trajet le long d’une partie rectiligne (25T) de transfert des billes (13) de la fibre neutre du canal (20).
  4. Dispositif de vis à billes selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’écrou (12) comporte un corps (17) dans lequel est ménagé au moins une partie du canal de recirculation (20), les extrémités de récupération (20R) et d’insertion (20I) de ce canal (20) étant ménagées au moins en partie respectivement dans des éléments de récupération (20R) et d’insertion (20I) de billes rapportés dans des logements radiaux respectifs (22R, 22I) ménagés dans le corps (17) de l’écrou (12).
  5. Dispositif de vis à billes selon la revendication 4, comprenant un manchon (23) recouvrant au moins en partie le corps (17) de l’écrou (12) de façon à retenir les éléments de récupération (20R) et d’insertion (20I) dans leurs logements radiaux respectifs (22R, 22I).
  6. Dispositif de vis à billes selon les revendications 3 et 5 prises ensemble, dans lequel le manchon (23) comporte une surface radialement interne (23I) participant à la délimitation de la partie de transfert (20T) du canal de recirculation (20).
  7. Système de freinage pour véhicule, comportant :
    • un actionneur électrique (8) destiné à fournir une force de serrage,
    • un organe (7) d’application de force de serrage à au moins un élément de friction (4A, 4B), et
    • un dispositif (10) de vis à billes destiné à convertir le mouvement de rotation d’un arbre (9) de sortie de l’actionneur électrique (8) en mouvement de translation de l’organe (7) d’application de force de serrage,
    caractérisé en ce que le dispositif (10) de vis à billes est selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  8. Véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend un système de freinage (2) selon la revendication précédente.
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