CH618242A5 - Linear displacement guide element by means of ball contact on a shaft - Google Patents

Description

La présente invention a pour objet un élément de guidage par déplacement linéaire par contact à billes sur un arbre.

On connaît les éléments de guidage linéaire par contact à billes sur un arbre sous différentes appellations, telles que: roulements axiaux, roulements à déplacement linéaire illimité, douilles à billes ou à circulation de billes, paliers à billes. Ces appellations se rapportent toutes à un même concept, soit le guidage d'un élément cylindrique par l'intermédiaire de billes sur un arbre, les billes étant recirculées dans un ou plusieurs chemins sans fin, ce qui donne une course illimitée. Ce système apporte au mouvement de translation des avantages comparables à ceux des roulements uniquement prévus pour la rotation, par exemple le coefficient de frottement, la sécurité de fonctionnement, la durée de vie. Le roulement axial est connu depuis quelques dizaines d'années. Il a 5 subi une évolution constante et remplace aujourd'hui avantageusement d'autres formes de guidage, en l'occurrence douilles lisses, coussinets, coulisses grattées ou rectifiées, guidages à rouleaux. Il existe deux sortes principales de roulements axiaux, les versions fermées et les versions ouvertes, ces dernières étant io prévues pour fonctionner sur un arbre supporté le long de la course; l'ouverture angulaire longitudinale est pratiquée sur toute la longueur de l'élément et permet le passage des supports de fixation de l'arbre. C'est de cette sorte de roulements axiaux qu'il s'agit dans la présente invention.

15 En effet, le principe de tenir l'arbre le long de la course où fonctionne le ou les éléments de guidage à contact à billes n'est pas nouveau; cette solution permet de longs déplacements sans qu'il y ait déformation de l'arbre. Ce dernier peut être soutenu sur toute sa longueur ou par endroits ; il n'y a donc pas de risque de 2o flèche dû à une quelconque résultance.

Cependant, le principe souffre de certains défauts importants. Le ou les supports de l'arbre doivent positionner ce dernier de façon précise; de fait, ces supports sont des pièces de précision relativement onéreuses qui n'ont, par surcroît, souvent pas la 25 longueur exacte désirée pour une construction. Ils doivent donc être adaptés, ce qui occasionne presque toujours des pertes de temps au montage. D'autre part, on remarque qu'ils maintiennent souvent l'arbre avec un manque de rigidité latérale, ce dernier étant tenu à une relativement grande distance de la base de fixa-30 tion des supports. En outre, l'angle au centre de l'arbre représenté par la largeur de contact de fixation des supports sur cet arbre est aussi trop faible. De plus, le système est encombrant. En effet, la perte de place par entassement est fréquemment la raison prépondérante qui dicte au constructeur ce choix d'un autre principe de 35 guidage; ce défaut est souvent mis en évidence, par exemple dans la construction de table à mouvements croisés.

Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients et, en conséquence, de proposer un élément de guidage linéaire à déplacement illimité pouvant fonctionner sur un arbre supporté le 40 long de la course de travail et remplacer les dispositifs existants tout en éliminant les inconvénients précités, c'est-à-dire d'obtenir:

— un prix de revient plus favorable pour l'ensemble roulement-arbre et ses fixations;

— un gain de place important;

45 — une plus grande simplicité pour l'élaboration des constructions ;

— une plus grande simplicité au montage;

— une bonne rigidité de l'ensemble;

— une bonne précision de l'ensemble.

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L'élément de guidage ouvert pour déplacement linéaire par contact à billes sur un arbre selon l'invention qui comprend un manchon de forme tubulaire extérieur, des billes étant disposées dans des chemins fermés de circulation pratiqués dans une cage 55 tubulaire intérieure, le manchon présentant dans son alésage des secteurs dégagés permettant la circulation de retour des billes, est caractérisé en ce qu'il comporte sur toute sa longueur une partie coupée selon un plan parallèle à l'axe de l'élément et formant une ouverture longitudinale dans l'élément, l'angle au centre a mesuré 60 entre les axes des deux premiers tronçons rectilignes des billes en contact de travail avec l'arbre et situés adjacents avec deux bords opposés de la partie coupée étant plus petit que 170°.

Selon un mode d'exécution préféré, l'angle au centre a mesuré à travers la partie coupée entre les axes des deux premiers recti-65 lignes de billes en contact de travail situés réciproquement près des deux bords de la partie coupée est au plus de 135°. L'élément comprendra de préférence au moins quatre chemins fermés de circulation de billes.

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Les dessins représentent, à titre d'exemple, un élément de guidage à contact à billes, selon l'invention, ainsi que des variantes de montage de cet élément.

Dans les dessins :

La fig. 1 représente une vue de côté partiellement en coupe d'un mode d'exécution à quatre chemins fermés d'un élément de guidage à contact à billes,

la fig. 2 représente une coupe radiale du mode d'exécution de la fig. 1,

la fig. 3 représente une vue frontale d'un élément de guidage dans un montage avec une vis qui renforce la retenue radiale dans le logement et une vis de réglage du jeu sur l'arbre,

la fig. 4 représente un mode de fixation d'un arbre positionné dans une rainure effectuée par une fraise dite à trois tailles,

la fig. 5 représente un mode de fixation d'un arbre positionné dans une rainure formée de deux pans obliques,

la fig. 6 représente une vue en bout d'un arbre semi-cylindrique, le plat de cet arbre servant de contact de fixation,

la fig. 7 représente un mode de fixation d'un arbre possédant plusieurs plans de contact de fixation sur sa longueur,

la fig. 8 représente un mode de fixation d'un arbre directement sur une surface plane,

les fig. 9, 10 et 11 représentent à titre de comparaison le gain d'encombrement et de simplicité par l'utilisation de l'élément en fig. 9 par rapport au système traditionnel type «roulements axiaux ouverts» en fig. 10 et 11 lors d'une utilisation pour une table de translation, et la fig. 12 représente une variante simplifiée d'un montage à déplacement linéaire entre deux plateaux.

Comme représenté dans les fig. 1 et 2, l'élément de guidage à déplacement linéaire illimité par contact à billes sur un arbre 1 comprend un manchon tubulaire extérieur 2 en acier trempé, des billes 3 étant positionnées dans des chemins fermés de circulation 4 pratiqués dans une cage intérieure tubulaire 5, le manchon 2 représentant dans son alésage des secteurs de travail rectifiés 6 formant les pistes de travail des billes en charge et des secteurs de dégagement 7 permettant le retour des billes, la cage à billes intérieure 5 étant maintenue axialement par rapport au manchon extérieur 2 par un fil élastique («circlips», marque déposée) 8 noyé dans une rainure 9 pratiquée dans les secteurs de travail 6 du manchon 2 et dans une rainure fermée 10 pratiquée sur son extérieur. Le manchon extérieur 2, de par ses secteurs de travail 6 et ses secteurs dégagés 7, comporte une forme intérieure permettant l'ancrage de la cage à billes 5, cette dernière ayant une forme correspondante sur son extérieur. Dans une version préférée, la cage à billes 5 est fabriquée en une matière plastique moulée telle que le polyamide graphité.

L'élément complet constitué par le manchon extérieur 2, la cage intérieure 5, les billes 3 et le fil élastique 8 forment un ensemble tubulaire ouvert qui possède la propriété de fonctionner sur un arbre fixé directement sur un bâti ou sur des supports très simples correspondant à un plan tangentiel audit arbre ou même le dépassant légèrement. L'avantage consiste en une suppression des supports d'arbre traditionnels prévus pour roulements axiaux ouverts, d'où un gain important de place sur la hauteur totale de l'ensemble et une diminution notable du nombre de pièces, donc du prix de revient.

Pour avoir cette propriété, l'élément comporte une ouverture de forme particulière. Celle-ci est obtenue en coupant l'élément sur toute sa longueur selon un plan parallèle à son axe de fonctionnement, cette ouverture en forme de partie coupée 11 étant suffisante pour permettre à l'arbre où fonctionne l'élément de dépasser ce plan de coupe en l'occurrence, de pouvoir se fixer directement sur un ou plusieurs appuis situés dans le même plan. Ce ou ces appuis n'étant plus limités en dimension latérale, on peut fixer les arbres directement sur l'élément général de la machine ou, à l'inverse, utiliser ces arbres comme appuis de fixation de la pièce devant se déplacer, par exemple, en fixant directement ces arbres contre la face inférieure d'une table de machine ou d'un appareil.

L'élément comporte au moins deux rectilignes de billes en contact de travail dans le secteur côté ouverture coupée, chacun de ces rectilignes étant positionné de chaque côté de cette ouverture. L'angle au centre noté a sur la fig. 2, mesuré à travers cette ouverture, varie d'environ 115° pour les grands modèles jusqu'à environ 125° pour les petits modèles. Il est à préciser ici que l'angle a est mesuré entre les lignes passant par les axes des deux premiers tronçons rectilignes de billes qui coïncident avec les deux génératrices de la surface extérieure du manchon délimitées par le plan de coupe et le centre ou l'axe de l'élément. Les génératrices de coupe sur la surface intérieure de la cage forment avec le centre de l'élément un angle beaucoup plus petit. La coupe selon un plan parallèle à l'axe de l'élément permet à la cage d'entourer l'arbre d'une manière plus étendue que ne le fait le manchon. Il est donc possible de monter à l'intérieur de l'élément un plus grand nombre de chemins de billes que dans l'élément ouvert selon une coupe en secteur de l'art antérieur.

La coupe selon un plan parallèle à l'axe de l'élément permet d'autre part de fixer les arbres sur lesquels roulent les éléments directement sur une surface comme expliqué plus loin, vu le fait que les côtés coupés du manchon ne se prolongent pas vers le bas comme c'est le cas dans les coupes sous forme de secteur des éléments ouverts de l'art antérieur.

Comme représenté dans les fig. 3 à 8, la fixation des arbres se fait au moyen de vis 12 perpendiculaires à l'axe longitudinal de l'arbre et passant par son centre.

Ces vis peuvent être en prise dans un taraudage 13 pratiqué dans l'arbre ou, à l'inverse, dans un taraudage non représenté pratiqué dans les parties où vient se positionner l'arbre. Toutefois, dans ce cas, l'emplacement de la tête de vis sur l'arbre enlève des contacts de billes lors du passage de l'élément et diminue de ce fait la capacité de charge de ce dernier.

Dans une exécution préférée, on renforcera la tenue radiale de l'élément dans son logement à l'aide d'une vis 15 en prise dans un trou fileté 16 pratiqué dans le manchon à l'opposé de l'ouverture coupée (voir fig. 3).

Le manchon extérieur est exécuté en acier trempé à une dureté d'environ 62 RC, rectifié dans son alésage sur ses secteurs de travail et sur son diamètre extérieur à une précision de l'ordre de 0,01 millimètre; la concentricité géométrique de l'élément est du même ordre de précision. La cage à billes intérieure permet la formation d'au moins quatre chemins fermés garnis de billes. Ces billes sont d'une précision de l'ordre de 0,003 millimètre. Malgré sa simplicité, l'élément peut être considéré comme un guidage de précision et permet à peu de frais d'utiliser le principe dit «roulements axiaux ouverts» à ces conditions très intéressantes au point de vue encombrement, rigidité et prix de revient des ensembles construits avec ce système. Cependant, la précision géométrique des logements et leur position réciproque sont aussi importantes que pour les roulements axiaux ouverts traditionnels. Il est à noter que l'on peut également prévoir un réglage par déformation à l'aide d'une ou de plusieurs vis 17 (voir fig. 3).

L'élément est fabriqué pour des diamètres d'arbre allant de 12 millimètres jusqu'à 60 millimètres, ces limites n'étant néanmoins que commerciales. Il est prévu quatre chemins fermés pour les plus grandes dimensions. Le diamètre des billes est compris entre environ le 1/5 du diamètre de l'arbre pour les plus petits modèles et environ 1/10 du diamètre de l'arbre pour les plus grands modèles. Les rapports diamètre-arbre/diamètre-extérieur et longueur de l'élément sont les mêmes que pour les roulements axiaux ouverts traditionnels que l'on trouve dans le commerce.

Dans d'autres variantes, pour bénéficier d'un diamètre de bille plus petit, ce qui permet d'avoir un rapport diamètre-arbre/dia-mètre-extérieur plus favorable et d'augmenter le nombre de chemins de circulation de billes, on peut prévoir une cage à billes

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intérieure en une matière plus résistante à la flexion, par exemple en acier ou en laiton, et même concevoir les deux rectilignes de billes du même chemin fermé de circulation crevant outre des deux côtés la paroi de la cage.

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Avec l'élément décrit, il est dès lors aisé de construire, dans un premier exemple, une table pour longs déplacements rectilignes, les arbres étant les seules pièces à varier dans leur longueur selon la course demandée. En outre, le réglage de la distance d'entre-axe des arbres se résume en une opération très simple au montage. En 10 effet, si l'on choisit la solution consistant à positionner initialement le premier arbre dans une rainure rectiligne 18 (voir fig. 3, 4, 5 et 9), le deuxième arbre est réglé à distance exacte par l'élément mobile pendant le serrage de cet arbre sur lequel on aura pratiqué préalablement un ou plusieurs plats 19 de contact de fixation (voir ]5 fig. 6, 7 et 9), la seule opération d'usinage situant l'ensemble étant dans ce cas le fraisage de la rainure initiale positionnant le premier arbre.

Dans un deuxième exemple, la fabrication d'un système à tables croisées bénéficie des mêmes avantages de montage et de 20 réglage. De plus, on peut prévoir dans une variante de fixer entre eux les deux groupes d'arbres se croisant aux endroits des fixations mutuelles et de retourner face à face les deux tables.

Dans les fig. 9,10 et 11, on remarque immédiatement et sans explications détaillées le gain de place réalisé dans le montage à l'aide de l'élément de la fig. 9 par rapport aux montages avec des éléments de l'art antérieur selon les fig. 10 et 11. Dans la fig. 9, la vis 12 est vissée dans un filetage 13 pratiqué dans l'arbre 1 (à gauche dans la fig. 9) alors que dans l'arbre la (à droite dans la fig. 9), la vis 12 traverse l'arbre et est vissée dans un alésage 14 pratiqué dans la plaque de base. On remarque encore dans les fig. 9 à 11 la place occupée par les supports 21 des arbres 1.

Dans la fig. 12, le montage des éléments est particulièrement simple. Un plateau inférieur 22 est muni d'une rainure 23 formée de deux pans obliques et d'alésages 24 régulièrement espacés pour recevoir des vis 25. L'arbre 1 comprend sur toute sa longueur des alésages filetés correspondants 26. De même, le plateau supérieur 27 présente une rainure 28 à deux pans obliques destinée à recevoir le manchon 29 de l'élément 30 à l'aide d'une vis 31 de la même manière que le plateau inférieur. Le montage entre les deux plateaux 22 et 27 représente un montage à déplacement rectiligne avec encombrement minimum.

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Claims (13)

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1. Elément de guidage pour déplacement linéaire par contact à billes sur un arbre comprenant un manchon de forme tubulaire extérieur, des billes étant disposées dans des chemins fermés de circulation pratiqués dans une cage tubulaire intérieure, le manchon présentant dans son alésage des secteurs de travail assurant le contact des billes entre l'arbre et le manchon et des secteurs dégagés permettant la circulation de retour des billes, caractérisé en ce qu'il comporte sur toute sa longueur une partie coupée selon un plan parallèle à l'axe de l'élément et formant une ouverture longitudinale dans l'élément, l'angle au centre a mesuré entre les axes des deux premiers tronçons rectilignes des billes en contact de travail avec l'arbre et situés adjacents avec deux bords opposés de la partie coupée étant plus petit que 170°.

2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de coupe est en retrait par rapport à un plan tangentiel à l'arbre où fonctionne l'élément.

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REVENDICATIONS

3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan passant par les axes des deux premiers rectilignes de billes en contact de travail situés réciproquement de chaque côté de la partie coupée est parallèle au plan de coupe.

4. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle a est au plus de 135°.

5. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface formée par la partie coupée se trouve à une distance d'une valeur plus petite de l'axe longitudinal dudit arbre que la valeur du rayon de cet arbre.

6. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface formée par la partie coupée se trouve à une distance comprise entre le 1/12 et le 1/6 du diamètre de l'arbre d'un plan tangentiel à cet arbre.

7. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte de quatre à six chemins fermés de circulation de billes.

8. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les billes sont d'un diamètre compris entre le 1/10 et le 1/5 du diamètre de l'arbre.

9. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux tronçons rectilignes de chaque chemin fermé de circulation de billes crèvent les deux côtés de la paroi de la cage à billes intérieure.

10. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de fixation radiale par traction dans le secteur opposé à la partie coupée.

11. Elément selon les revendications 1 et 10, caractérisé en ce que les moyens de fixation sont au moins un alésage fileté pratiqué radialement dans le manchon extérieur et perpendiculaire au plan correspondant à la partie coupée.

12. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage à billes intérieure est en une matière plastique.

13. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon extérieur est massif et en acier durci par traitement thermique.