FR3021086A1 - SCREW MECHANISM - Google Patents
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Abstract
Le mécanisme de vis selon l'invention est destinée à transformer un mouvement rotatif en un mouvement linéaire et/ou inversement. Il est proposé que le mécanisme comprenne un écrou (12) pourvu d'un filetage intérieur (14) définissant un premier axe de rotation (16). Le premier axe de rotation (16) est l'axe central du chemin hélicoïdal du filetage (14). L'écrou (12) est destiné à être disposé autour et coaxialement à un arbre (18) comprenant un filetage extérieur (20) interagissant avec le filetage intérieur (14) ou taraudage de l'écrou (12). L'invention propose que l'écrou (12) comporte une partie radialement intérieure (22) portant le filetage intérieur (14) et une partie radialement extérieure (24), les parties étant solidaires en rotation autour du premier axe de rotation (16). Afin d'éviter des couples perpendiculaires à l'axe de rotation entre l'écrou (12) et l'arbre (18), l'invention propose que les deux parties sont fixées de telle sorte que la partie radialement intérieure (22) puisse rotuler dans la partie radialement extérieure (24) au moins légèrement autour des deux axes perpendiculaires au premier axe de rotation (16), le centre de rotulage (48) étant positionné sur le premier axe de rotation (16).The screw mechanism according to the invention is intended to transform a rotary movement into a linear movement and / or vice versa. It is proposed that the mechanism comprises a nut (12) provided with an internal thread (14) defining a first axis of rotation (16). The first axis of rotation (16) is the central axis of the helical path of the thread (14). The nut (12) is intended to be arranged around and coaxially with a shaft (18) comprising an external thread (20) interacting with the internal thread (14) or tapping of the nut (12). The invention proposes that the nut (12) has a radially inner portion (22) carrying the internal thread (14) and a radially outer portion (24), the parts being integral in rotation about the first axis of rotation (16). . In order to avoid couples perpendicular to the axis of rotation between the nut (12) and the shaft (18), the invention proposes that the two parts are fixed so that the radially inner portion (22) can in the radially outer portion (24) rotatably at least slightly about the two axes perpendicular to the first axis of rotation (16), the swiveling center (48) being positioned on the first axis of rotation (16).
Description
- 1 - MECANISME DE VIS La présente invention concerne le domaine des mécanismes de vis 5 permettant de transformer un mouvement rotatif en un mouvement linéaire et/ou inversement. Plusieurs types desdits mécanismes sont connus et sont pourvu d'un écrou et d'un arbre, le mouvement linéaire étant un mouvement relatif de l'écrou par rapport à l'arbre selon une direction longitudinale de ce dernier. L'écrou 10 comporte un filetage intérieur définissant un premier axe de rotation ; l'arbre comporte un filetage extérieur interagissant avec le filetage intérieur de l'écrou. Un exemple d'un tel mécanisme réalisé comme vis à rouleaux est décrit par exemple dans le brevet FR 2 984 443 I31. Des désalignements entre l'arbre et l'écrou suite à des déformations de 15 l'arbre ou des imprécisions d'assemblage peuvent résulter en un couple agissant dans un sens perpendiculaire à la direction longitudinale de l'arbre et/ou en une forte usure réduisant la durée de vie du mécanisme. En particulier dans le cas des vis à billes et des vis à rouleaux à haute précision, des contraintes radiales ou des contraintes en flexion peuvent résulter en 20 des défaillances très rapides. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités en proposant un mécanisme de vis à durée de vie prolongée. Le mécanisme de vis selon l'invention est destiné à transformer un mouvement rotatif en un mouvement linéaire et/ou inversement. Il est 25 proposé que le mécanisme comprenne un écrou pourvu d'un filetage intérieur définissant un premier axe de rotation. Le premier axe de rotation est l'axe central du chemin hélicoïdal du filetage. L'écrou est destiné à être disposé autour et coaxialement à un arbre comprenant un filetage extérieur interagissant avec le filetage intérieur ou taraudage de l'écrou. Selon le type 30 de mécanisme, cette dernière interaction peut être une interaction directe ou - 2 - une interaction par l'intermédiaire de billes ou de rouleaux à gorges ou à filetage en engrènement avec les filetages de l'arbre et de l'écrou. L'invention propose que l'écrou comporte une partie radialement intérieure portant le filetage intérieur et une partie radialement extérieure, les parties étant solidaires en rotation autour du premier axe de rotation. Afin d'éviter des couples perpendiculaires à l'axe de rotation entre l'écrou et l'arbre, l'invention propose que les deux parties sont fixées de telle façon que la partie radialement intérieure puisse rotuler dans la partie radialement extérieure, au moins légèrement autour des deux axes perpendiculaires au premier axe de rotation, le centre de rotulage étant positionné sur le premier axe de rotation. Grace à la possibilité de rotuler, les désalignements et les déformations de l'arbre peuvent être compensés. Selon un autre aspect de l'invention, le mécanisme comporte un pion cylindrique radial interférant avec un évidement oblong pour assurer la solidarité en rotation autour du premier axe de rotation. Le pion cylindrique permet un pivotement sur son axe, laquelle est orientée radialement par rapport au premièr axe de rotation et le coulissement du pion dans la direction longitudinale de l'évidement peut permettre un pivotement sur un axe perpendiculaire à l'axe du pion et orienté radialement par rapport au premier axe de rotation. En même temps, le pion peut assurer le transfert du couple d'entraînement. Selon un autre aspect de l'invention la partie radialement intérieure de l'écrou comporte deux surfaces extrêmes axiales opposées de forme sphérique coulissant sur des coussinets d'articulation du logement de rotule.The present invention relates to the field of screw mechanisms 5 for transforming a rotary movement into a linear motion and / or vice versa. Several types of said mechanisms are known and are provided with a nut and a shaft, the linear movement being a relative movement of the nut relative to the shaft in a longitudinal direction of the latter. The nut 10 has an internal thread defining a first axis of rotation; the shaft has an external thread interacting with the internal thread of the nut. An example of such a mechanism designed as a roller screw is described for example in patent FR 2 984 443 I31. Misalignments between the shaft and the nut due to deformations of the shaft or assembly inaccuracies may result in a torque acting in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the shaft and / or in high wear. reducing the life of the mechanism. Particularly in the case of ball screws and high precision roller screws, radial stresses or bending stresses can result in very rapid failures. The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by proposing a screw mechanism with extended life. The screw mechanism according to the invention is intended to transform a rotary movement into a linear movement and / or vice versa. It is proposed that the mechanism comprises a nut provided with an internal thread defining a first axis of rotation. The first axis of rotation is the central axis of the helical path of the thread. The nut is intended to be arranged around and coaxially with a shaft comprising an external thread interacting with the internal thread or tapping of the nut. Depending on the type of mechanism, this latter interaction may be a direct interaction or interaction through grooved or threaded balls or rollers meshing with the threads of the shaft and the nut. The invention proposes that the nut has a radially inner portion carrying the internal thread and a radially outer portion, the parts being integral in rotation about the first axis of rotation. In order to avoid couples perpendicular to the axis of rotation between the nut and the shaft, the invention proposes that the two parts are fixed in such a way that the radially inner part can be rotated in the radially outer part, at least slightly around the two axes perpendicular to the first axis of rotation, the swiveling center being positioned on the first axis of rotation. Thanks to the ability to swivel, the misalignments and deformations of the tree can be compensated. According to another aspect of the invention, the mechanism comprises a radial cylindrical pin interfering with an oblong recess to ensure solidarity in rotation about the first axis of rotation. The cylindrical pin allows pivoting on its axis, which is oriented radially relative to the first axis of rotation and the sliding of the pin in the longitudinal direction of the recess can allow pivoting on an axis perpendicular to the axis of the pin and oriented radially with respect to the first axis of rotation. At the same time, the pin can ensure the transfer of the driving torque. According to another aspect of the invention the radially inner portion of the nut comprises two opposite axial end surfaces of spherical shape sliding on hinge pads of the ball joint housing.
Les coussinets d'articulation ont des surfaces concaves complémentaires aux surfaces extrêmes axiales de la partie radialement intérieure. Les surfaces de coulissement peuvent être traitées pour prolonger leur durée de vie et pour réduire l'usure, surtout dans des cas ou le coulissement se déroule dans des conditions ou des forces axiales importantes sont supportées par les surfaces de coulissement. - 3 - Selon un autre aspect de l'invention, la vis comporte une pluralité d'organes roulants interposés entre l'écrou et l'arbre et interférant avec le filetage intérieur et le filetage extérieur pour permettre à l'écrou de tourner par rapport au premier axe de rotation. Les organes roulants peuvent être réalisés comme des billes ou comme des rouleaux. En raison de la sensibilité de tels mécanismes aux contraintes radiales, l'impact de l'invention sur la durée de vie est particulièrement important. Dans un mode de réalisation de l'invention, le mécanisme comporte un boîtier extérieur logeant l'écrou par l'intermédiaire d'au moins un roulement, l'écrou comportant des moyens pour monter une poulie. Les vis à écrou actionnées se prêtent particulièrement bien à des applications avec des longs arbres où le risque de déformations est particulièrement élevé. Dans un mode de réalisation, il existe un jeu entre la partie radialement intérieure et la partie radialement extérieure. Le jeu permet le rotulage ou le pivotement des deux parties et le jeu est réalisé par un espace radial sensiblement cylindrique entre une surface radialement extérieure de la partie radialement intérieure et une surface radialement intérieure de la partie radialement extérieure. Selon un autre aspect de l'invention la partie radialement extérieure comporte un trou de lubrification menant à l'espace radial afin de permettre la lubrification des coussinets d'articulation du logement de rotule par l'intermédiaire de l'espace radial. En même temps, le lubrifiant dans l'espace radiale peut être utilisé pour lubrifier les filetages et/ou les éléments roulants.The hinge pads have concave surfaces complementary to the axial end surfaces of the radially inner portion. The sliding surfaces can be treated to extend their service life and to reduce wear, especially in cases where sliding occurs under conditions where large axial forces are supported by the sliding surfaces. According to another aspect of the invention, the screw comprises a plurality of rolling members interposed between the nut and the shaft and interfering with the internal thread and the external thread to allow the nut to rotate relative to at the first axis of rotation. The rolling members can be made as balls or as rollers. Because of the sensitivity of such mechanisms to radial stresses, the impact of the invention on the service life is particularly important. In one embodiment of the invention, the mechanism comprises an outer housing housing the nut via at least one bearing, the nut having means for mounting a pulley. Actuated nut screws are particularly suitable for applications with long shafts where the risk of deformation is particularly high. In one embodiment, there is clearance between the radially inner portion and the radially outer portion. The game enables the two parts to be swiveled or pivoted and the play is achieved by a substantially cylindrical radial space between a radially outer surface of the radially inner portion and a radially inner surface of the radially outer portion. According to another aspect of the invention the radially outer portion has a lubrication hole leading to the radial gap to allow lubrication of the hinge bearings of the ball housing through the radial gap. At the same time, the lubricant in the radial space can be used to lubricate the threads and / or the rolling elements.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par un dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une coupe axiale d'un mécanisme de vis à rouleaux selon l'invention ; - 4 - la figure 2 est une vue axiale du mécanisme de vis selon la figure 1 ; la figure 3 est une vue en perspective d'un pion du mécanisme de vis ; la figure 4 est une coupe radiale du mécanisme de vis selon la figure 1, et la figure 4 est un détail d'une coupe axiale du mécanisme de vis selon l'invention. La figure 1 est une coupe axiale d'un mécanisme de vis à rouleaux selon l'invention. Le mécanisme comprend un boîtier 10 fixe logeant un écrou 12 tournant. L'écrou 12 comporte un filetage intérieur 14 définissant un premier axe de rotation 16. L'écrou 12 est disposé autour et coaxialement à un arbre 18 comprenant un filetage extérieur 20 interagissant avec le filetage intérieur 14 de l'écrou 12. L'axe de rotation 16 coïncide avec l'axe longitudinal central de l'arbre 18. Le mécanisme est destiné à transformer une rotation de l'écrou 12 en un mouvement linéaire de l'arbre 18. Lors du mouvement linéaire, l'orientation du boîtier extérieur 10 et la position axiale et l'orientation d'une partie extérieure 24 de l'écrou 12 restent fixes. Une autre alternative est que l'arbre 18 reste fixe et le système se déplace. L'écrou 12 est divisé en deux parties 22, 24. Une partie radialement intérieure est un corps d'écrou 22 sensiblement cylindrique et porte le filetage intérieur 14. Une partie radialement extérieure 24 sensiblement cylindrique est emboîté dans le boîtier extérieur 10 par l'intermédiaire de deux roulements 26, 28 à rouleaux coniques. Dans des autres modes de réalisation, l'écrou 12 peut être monté avec des roulements à contacts obliques, des butées à rouleaux ou des butées à billes ou à rouleaux combinées. De la part et d'autre des roulements 26, 28 sont implantés des joints d'étanchéité 30, 32 qui garantissent l'étanchéité du montage de roulements. Un écrou 79 de serrage permet la fixation du roulement ainsi que la précharge des roulements 26, 28. Une rondelle de frein 36 garantit le non- - 5 - desserrage du montage. Le boîtier extérieur 10 comporte une partie de centrage 80 associé à une face d'appuie 81 et des trous ou des taraudages 42 dans une collerette 40 pour la fixation sur la structure du client. Des taraudages 38 en bout de boîtier servent à la fixation d'un soufflet.The present invention will be better understood from the study of the detailed description of an embodiment, taken by way of non-limiting example and illustrated by an accompanying drawing in which: FIG. 1 is an axial section through a mechanism of FIG. roller screw according to the invention; Figure 2 is an axial view of the screw mechanism according to Figure 1; Figure 3 is a perspective view of a pin of the screw mechanism; Figure 4 is a radial section of the screw mechanism according to Figure 1, and Figure 4 is a detail of an axial section of the screw mechanism according to the invention. Figure 1 is an axial section of a roller screw mechanism according to the invention. The mechanism comprises a stationary housing 10 housing a rotating nut 12. The nut 12 has an internal thread 14 defining a first axis of rotation 16. The nut 12 is disposed around and coaxially with a shaft 18 comprising an external thread 20 interacting with the internal thread 14 of the nut 12. The axis rotation 16 coincides with the central longitudinal axis of the shaft 18. The mechanism is intended to transform a rotation of the nut 12 into a linear movement of the shaft 18. During linear movement, the orientation of the outer housing 10 and the axial position and the orientation of an outer portion 24 of the nut 12 remain fixed. Another alternative is that the shaft 18 remains fixed and the system moves. The nut 12 is divided into two parts 22, 24. A radially inner portion is a substantially cylindrical nut body 22 and carries the internal thread 14. A substantially cylindrical radially outer portion 24 is fitted into the outer casing 10 by the intermediate of two bearings 26, 28 with tapered rollers. In other embodiments, the nut 12 may be mounted with angular contact bearings, roller thrust bearings or combined ball or roller thrust bearings. On either side of the bearings 26, 28 are implanted seals 30, 32 which ensure the sealing of the bearing assembly. A tightening nut 79 enables the bearing to be fastened as well as the preloading of the bearings 26, 28. A brake washer 36 ensures that the assembly is not loosened. The outer casing 10 includes a centering portion 80 associated with a support face 81 and holes or tappings 42 in a flange 40 for attachment to the client structure. Tapped holes 38 at the end of the casing are used for fastening a bellows.
La partie intérieure 22 de l'écrou 12 est montée coaxialement dans l'intérieur de la partie extérieure 24 de l'écrou 12. Le diamètre intérieur de la partie extérieure 24 est plus grand que le diamètre extérieur de la partie intérieure 22 de manière à définir un espace radial 44 entre les deux parties 22, 24. L'espace radial 44 introduit un jeu radial et permet un pivotement léger de la partie radialement intérieure 22 par rapport à la partie radialement extérieure 24 autour des deux axes perpendiculaires au premier axe de rotation 16. Un pion 46 en bronze relie les deux parties 22, 24 de l'écrou 12 de manière solidaire en rotation sur le premier axe de rotation 16 et permet le pivotement sur les deux axes perpendiculaires au premier axe de rotation 16, le centre de rotulage 48 étant positionné sur le premier axe de rotation 16. Comme illustré dans les figures 3 et 4, il y a deux fraisages 76, 78 a la base de ce pion 46 qui réalisent l'antirotation par l'intermédiaire d'un évidement oblong en forme d'une rainure de clavette 50 située dans la partie intérieure 22 de l'écrou 12. Le pion 46 est fixé dans un alésage radial dans la partie radialement extérieure 24 et a une forme sensiblement cylindrique orientée radialement. La surface extérieure de la partie radialement intérieure 22 comporte la rainure de clavette 50 dont la largeur est sensiblement égale au diamètre du pion 46 et le pion 46 entre dans la rainure de clavette 50. La rainure de clavette 50 est orienté parallèlement au premier axe de rotation 16. Ainsi, le pion 46 assure la solidarité en rotation des deux parties 22, 24 autour du premier axe de rotation 16, tout en permettant un coulissement du pion 46 - 6 - dans la direction longitudinale de l'évidement et une rotation du pion 46 sur son axe de symétrie dans son logement. Un joint torique 77 positionné dans un logement dans le pion assure le positionnement de celui-ci et supprime les vibrations.The inner portion 22 of the nut 12 is mounted coaxially inside the outer portion 24 of the nut 12. The inner diameter of the outer portion 24 is larger than the outer diameter of the inner portion 22 so as to define a radial space 44 between the two parts 22, 24. The radial space 44 introduces a radial clearance and allows a slight pivoting of the radially inner portion 22 relative to the radially outer portion 24 about the two axes perpendicular to the first axis of 16. A bronze peg 46 connects the two parts 22, 24 of the nut 12 integrally in rotation on the first axis of rotation 16 and allows pivoting on the two axes perpendicular to the first axis of rotation 16, the center spindle 48 being positioned on the first axis of rotation 16. As illustrated in Figures 3 and 4, there are two millings 76, 78 at the base of the pin 46 which perform the antirotation by means of The pin 46 is fixed in a radial bore in the radially outer portion 24 and has a substantially cylindrical, radially oriented, shape and is provided with an oblong recess in the form of a key groove 50. . The outer surface of the radially inner portion 22 has the keyway 50 whose width is substantially equal to the diameter of the pin 46 and the pin 46 enters the keyway 50. The keyway 50 is oriented parallel to the first axis of rotation 16. Thus, the pin 46 ensures solidarity in rotation of the two parts 22, 24 around the first axis of rotation 16, while allowing a sliding of the pin 46 - 6 - in the longitudinal direction of the recess and a rotation of the pion 46 on its axis of symmetry in its housing. An O-ring 77 positioned in a housing in the pin ensures the positioning thereof and eliminates vibrations.
La partie radialement intérieure 22 de l'écrou 12 comprend deux pièces annulaires 22a, 22b comportant des surfaces extrêmes 52, 54 axiales opposées de forme annulaire à courbure sphériques convexes. Le centre de courbure commun 48 de ces deux surfaces est positionné sur le premier axe de rotation 16 au centre de l'écrou 12. La partie radialement extérieure 24 comprend un boîtier 24c et deux inserts métalliques 24a, 24b comportant des surfaces annulaires 56, 58 à courbure sphérique concave dont le centre de courbure commun coïncide avec le centre de courbure 48 mentionné ci-dessus. Ces dernières surfaces annulaires 56, 58 à courbure sphérique concave sont des coussinets d'articulation du logement de rotule en contact coulissant avec les surfaces extrêmes axiales de la partie radialement intérieure 22. Les inserts métalliques 24a, 24b sont fixés dans la partie extérieure 24. L'insert 24b portant la surface 58 concave comporte un filetage extérieur et est vissé dans un taraudage d'un boîtier 24c de la partie extérieure 24. Les contraintes axiales agissant sur l'écrou 12 sont transmises par ces surfaces rotulantes 52 - 58. La vis comporte une pluralité d'organes roulants 60 réalisés comme des rouleaux interposés entre l'écrou 12 et l'arbre 18 et interférant avec le filetage intérieur 14 de l'écrou 12 et le filetage extérieur 20 de l'arbre 18 pour permettre à l'écrou 12 de tourner par rapport au premier axe de rotation 16. Des racleurs 62, 64 qui maintiennent la graisse dans l'écrou 12 et chassent les impuretés extérieurs sont fixés aux extrémités axiales de la partie radialement extérieure 24. - 7 - La partie extérieure de l'écrou 12 comporte un centrage 83 et des taraudages 84 pour monter une poulie 66. Le boîtier extérieur 10 comporte deux trous de lubrification 68, 70 dont un premier sert à lubrifier les roulements 26, 28 à rouleaux coniques extérieurs et l'autre est relié à un passage de lubrifiant 72 illustré en détail en la figure 4 menant à l'espace radial 44 afin de permettre la lubrification des coussinets d'articulation 52 - 58 du logement de rotule par l'intermédiaire de l'espace radial 44 et du système à rouleaux l'intermédiaire de trous radiaux 85, 86 situés dans le partie extérieure 24 et la partie intérieure 24 de l'écrou. De plus, le boîtier extérieur 10 comporte un trou d'évacuation 74 pour l'évacuation du trop-plein de graisse. La figure 2 est une vue axiale du mécanisme de vis selon la figure 1.The radially inner portion 22 of the nut 12 comprises two annular pieces 22a, 22b having opposite axial end surfaces 52, 54 of annular shape with convex spherical curvature. The center of common curvature 48 of these two surfaces is positioned on the first axis of rotation 16 in the center of the nut 12. The radially outer portion 24 comprises a housing 24c and two metal inserts 24a, 24b having annular surfaces 56, 58 concave spherical curvature whose center of common curvature coincides with the center of curvature 48 mentioned above. These latter annular surfaces 56, 58 with concave spherical curvature are hinge bearings of the ball housing in sliding contact with the axial end surfaces of the radially inner portion 22. The metal inserts 24a, 24b are fixed in the outer part 24. The insert 24b carrying the concave surface 58 has an external thread and is screwed into a tapping of a housing 24c of the outer portion 24. The axial stresses acting on the nut 12 are transmitted by these swiveling surfaces 52-58. screw comprises a plurality of rolling members 60 made as rollers interposed between the nut 12 and the shaft 18 and interfering with the internal thread 14 of the nut 12 and the external thread 20 of the shaft 18 to allow the nut 12 to rotate relative to the first axis of rotation 16. Scrapers 62, 64 which hold the grease in the nut 12 and drive out the external impurities are attached to the ex axial ends of the radially outer portion 24. - 7 - The outer part of the nut 12 comprises a centering 83 and threads 84 for mounting a pulley 66. The outer housing 10 has two lubrication holes 68, 70 of which a first serves to lubricate the outer tapered roller bearings 26, 28 and the other is connected to a lubricant passage 72 shown in detail in Fig. 4 leading to the radial gap 44 to permit lubrication of the hinge bearings 52 - 58 of the ball housing via the radial space 44 and the roller system through radial holes 85, 86 located in the outer portion 24 and the inner portion 24 of the nut. In addition, the outer casing 10 has a discharge hole 74 for the discharge of the overflow of fat. FIG. 2 is an axial view of the screw mechanism according to FIG.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112189103A (en) * | 2018-07-12 | 2021-01-05 | 舍弗勒技术股份两合公司 | Electromechanical actuator and rear axle steering system |
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2014
- 2014-05-15 FR FR1454344A patent/FR3021086B1/en not_active Expired - Fee Related
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