**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Dispositif d'entraînement linéaire comprenant un agencement de montage, selon une relation radiale de palier, d'un carter (1) sur une broche filetée (7), caractérisé en ce qu'au moins un corps rotatif (2, 3, 4) est monté dans le carter (1), mobile en rotation par rapport à celui-ci autour d'un axe substantiellement perpendiculaire à celui de la broche (7), d'une façon telle que chaque dit corps rotatif (2,3,4) se trouve en appui seulement contre un des flancs (10, 11) du profil de filet de la broche filetée (7), ce corps rotatif (2, 3, 4) roulant sur ce flanc (10, 11) lors d'une rotation de la broche (7).
2. Dispositif d'entraînement linéaire selon la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'il comprend au moins deux dits corps rotatifs (2, 3, 4) dont l'un est en appui contre un endroit du flanc avant (10) du filet de la broche (7) et dont l'autre est en appui contre un endroit du flanc arriére (11) de ce filet.
3. Dispositif d'entraînement linéaire selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que quatre dits corps rotatifs (2, 3, 4) sont réguliérement répartis dans le carter (1) autour de la broche filetée (7), ces corps rotatifs étant disposés de façon que deux corps rotatifs diamétralement opposés soient en appui respectivement contre l'un et contre l'autre des flancs avant (10) et arrière (Il) du profil du filet de la broche filetée (7).
4. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que la position du corps rotatif (2, 3, 4) est ajustable dans la direction perpendiculaire à l'axe de la broche (7) d'une façon influant sur le jeu axial de la broche (7) dans le carter (1).
5. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que ledit agencement de montage en relation radiale de palier comprend au moins un palier à aiguilles (9) établi dans le carter (1) et agissant sur la surface, en forme de découpe hélicoïdale dans une surface cylindrique, qui se trouve établie à la partie supérieure, aplatie, du profil du filet de la broche filetée (7).
6. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que, pour chaque dit corps rotatif (2, 3, 4), un palier radial à billes (5) est disposé dans le carter (1), I'axe de ce palier radial à billes (5) étant substantiellement perpendiculaire à l'axe de la broche (7).
7. Dispositif d'entraînement linéaire selon la revendication 6, ca ractérisé en ce que ledit palier radial à billes (5) est disposé dans le carter (I) de façon telle que le point de contact (12) du corps rotatif correspondant et de la broche filetée (7) se trouve dans un plan qui est perpendiculaire au plan du palier radial à billes et qui constitue un plan axial de la broche (fig. 9).
8. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque dit corps rotatif consiste en une bille (2).
9. Dispositif d'entraînement linéaire selon la revendication 6 et la revendication 8, caractérisé en ce que chaque dit palier radial à billes (5) comprend des billes (6) libres en direction de son centre, I'espacement relatif maximum de ces billes étant plus petit que le diamètre de la bille (2) formant le corps rotatif, de façon que cette dernière prenne appui sur ces billes (6) du palier radial et roule sur elles en fonctionnement.
10. Dispositif selon l'une des revendications I à 9, caractérisé en ce que le filet de la broche (7) est formé par une encoche hélicoïdale à profil en arc de cercle établie dans une surface-manteau cylindrique.
La présente invention concerne un dispositif d'entraînement linéaire comprenant un agencement de montage, selon une relation radiale de palier, d'un carter sur une broche filetée.
De nombreux dispositifs d'entraînement linéaire de ce genre sont déjà connus. On a cherché à agencer ces dispositifs connus de façon à réaliser un compromis optimal entre les exigences de précision, de
faible frottement et de bonne transmission de force entre la broche
rotative et le carter se déplaçant axialement le long de celle-ci. Dans
les cas où des forces importantes doivent être transmises avec une
pente relativement petite du filet de la broche, on a fait appel avec
succès à des dispositifs comportant des rouleaux qui présentent à leur
périphérie des gorges venant en engagement avec le filet de la broche.
Un tel dispositif est par exemple décrit dans la demande de brevet eu
ropéenne publiée No 0003802. Dans les cas où les forces à transmet
tre sont petites et où la pente du filet est relativement petite, on a
avantageusement utilisé des dispositifs dans lesquels la broche filetée
roule contre des parties de roulements à billes disposés obliquement,
comme cela peut être vu par exemple dans l'exposé du brevet suisse
No 529306. Par contre, jusqu'à maintenant, on a trouvé que des solu
tions peu satisfaisantes dans les cas où une pente élevée du filet de la
broche doit assurer, avec la transmission de forces relativement peti
tes, une avance rapide et précise du carter-curseur.
Pour de tels cas,
les dispositifs à roulements à billes hélicoïdaux, également connus,
qui comportent une pluralité de billes de roulement roulant dans les
spires de la broche et revenant à leur point de départ, d'une extrémité
à l'autre du carter, par l'intérieur de celui-ci, se sont en particulier ré
vélés inadéquats. De tels dispositifs sont en effet fort coûteux à fabri
quer et présentent, de plus, I'inconvénient d'introduire une limitation
gênante concernant la vitesse de rotation de la broche.
Le problème se présente donc de réaliser un dispositif d'entraîne
ment linéaire simple, convenant particulièrement bien pour des bro
ches à forte pente de filet avec transmission de forces relativement pe
tites, avec lequel une avance linéaire rapide et précise puisse être ob
tenue.
L'invention a pour but de fournir une solution satisfaisante à ce
problème, et le dispositif d'entraînement linéaire selon l'invention, du
type générique précédemment défini, atteint ce but par le fait que,
comme cela est énoncé dans la première revendication annexée, au
moins un corps rotatif est monté dans le carter, mobile en rotation
par rapport à celui-ci autour d'un axe substantiellement perpendicu
laire à celui de la broche, d'une façon telle que chaque dit corps rota
tif se trouve en appui seulement contre un des flancs du profil du filet
de la broche filetée, ce corps rotatif roulant ainsi sur ce flanc lors
d'une rotation de la broche.
Les revendications dépendantes définissent des formes d'exécu
tion de l'objet de l'invention qui sont particulièrement avantageuses
du point de vue de leur construction et de leurs performances. Dans
ce contexte, on note en particulier que chaque dit corps rotatif est
avantageusement constitué d'une bille.
La solution préconisée par l'invention présente l'important avantage
d'être utilisable avec différents profils de filet de broche, et de permet
tre l'obtention d'une avance linéaire précise et n'impliquant qu'un
très faible frottement également avec de fortes pentes de filet de bro
che.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, des formes d'exécu
tion de l'objet de l'invention; dans ce dessin:
la fig. I est une vue, partiellement en coupe selon la ligne axiale de
la broche, d'une première forme d'exécution du dispositif en ques
tion,
la fig. 2 est une vue en coupe radiale selon la ligne ll-ll de la fig. 1, les fig. 3 et 4 sont des vues schématiques représentant diverses va
riantes possibles pour l'agencement du corps rotatif,
la fig. 5 est une vue partielle en coupe axiale d'une seconde forme
d'exécution du dispositif en question,
la fig. 6 est une vue partiellement en coupe selon la ligne axiale de
la broche, d'une troisième forme d'exécution du dispositif proposée
par l'invention,
la fig. 7 est une vue axiale en coupe selon la ligne VII-VII de la
fig.6,
la fig.
8 est une vue en coupe radiale selon la ligne VIII-VIII de la
fig. 7, et
la fig. 9 est une vue en coupe axiale représentant schématique
ment une quatrième forme d'exécution du dispositif selon l'inven
tion.
On va tout d'abord décrire les éléments principaux du dispositif
d'entraînement linéaire proposé, dans le cas de la forme d'exécution représentée aux fig. 1 et 2. Une broche 7, munie d'un filet profilé et entraînée par un moteur, par exemple par un moteur pas à pas, porte un carter (ou manchon) 1. Ce carter 1 est monté sur la broche 7, d'une façon permettant une rotation mutuelle, par l'intermédiaire de paliers 9 d'un type apte à supporter et absorber des forces radiales.
Les paliers 9 sont de préférence des paliers à aiguilles disposés aux deux extrémités du carter, les aiguilles de ces roulements roulant contre la surface cylindrique hélicoïdale formée par le sommet aplati du profil du filet de broche. Comme on le verra plus loin en liaison avec les fig. 5 et 9, le montage du carter selon une relation radiale de palier peut également être réalisé à l'aide d'agencements différents. Le carter I présente un alésage circulaire pour le passage de la broche 7.
Des billes 2 forment, dans deux portions de paroi diamétralement opposées du carter, des roulements à billes radiaux dont les axes sont perpendiculaires à l'axe de la broche. Les dimensions des roulements à billes radiaux 5 et de la bille de roulement principal 2 sont choisies de telle façon que la bille de roulement principal 2 vient en appui contre les billes 6 du roulement radial 5, de sorte que ces dernières ne peuvent pas s'échapper du carter 1 malgré que le roulement radial 5 les laisse libres de se déplacer vers son centre. Une condition pour cela consiste en ce que la distance maximale entre deux billes 6 du roulement axial soit plus petite que le diamètre de la bille de roulement principal 2.
En tant que roulement à billes radial 5, on utilise avantageusement des roulements disponibles dans le commerce, comprenant un anneau extérieur 17 et une cage 16, la bille de roulement principal 2 assurant en quelque sorte la fonction d'anneau intérieur de roulement. Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1 et 2, les paliers à billes radiaux 5 peuvent être déplacés dans la direction perpendiculaire à l'axe de la broche par décalage de l'anneau extrieur 17 qui se trouve monté par pression dans le carter 1. La position du roulement à billes radial 5 dans le carter I détermine la position de la bille de roulement principal 2 par rapport au filet de la broche 7.
La possibilité d'ajustage perpendiculairement à l'axe de la broche est de préférence établie de façon à permettre que les billes 2 touchent respectivement un flanc 10 ou l'autre flanc 1 1 du filet dans une zone voisine de la surface périphérique extérieure du filet, mais sans se situer directement sur l'arête du filet, un tel ajustage assurant une minimisation de l'usure. Les billes 2 sont, dans la direction axiale de la broche, décalées d'un tout petit peu plus qu'un demi-pas, de façon que l'une d'elles soit en appui contre le flanc avant 10 du filet, tandis que l'autre est en appui contre le flanc arrière 11 du filet. Il doit être évité qu'une bille de roulement principal 2 soit simultanément en contact contre les deux flancs du filet, car dans un tel cas un simple roulement de la bille contre le flanc du filet ne se produit plus.
La position des roulements à billes radiaux 5 est de préférence décalée latéralement dans la direction tangentielle relativement à la broche, comme cela est représenté par une ligne en traits pointillés à la fig. 9, de façon que les points de contact 12 des billes 2 avec les flancs du filet de la broche se trouvent, du fait de la pente de ce filet, dans un plan vertical qui passe par l'axe de la broche et qui est perpendiculaire au plan du roulement à billes radial. De cette façon, on obtient que les deux billes 2, lors de leur roulement contre le flanc du filet, se meuvent en rotation substantiellement autour de l'axe du palier à billes radial 5. La possibilité, déjà mentionnée, d'ajuster la position des roulements à billes radiaux 5 selon la direction de leur axe, permet de déterminer le jeu de l'entraînement linéaire.
Plus les roulements à billes axiaux 5 et avec eux les billes de roulement principal 2 sont dépla cés en direction de l'axe de la broche, plus le jeu de l'entraînement linéaire devient petit, comme cela va du reste sans difficulté être constaté sur la fig. 1. Dans la position selon les fig. I et 2, les billes 2 agissent en tant que palier d'appui axial et elles reçoivent les forces dans la direction axiale de la broche, tandis que les forces radiales sont supportées par les deux paliers à aiguilles 9. Comme les billes 2 ne touchent substantiellement qu'un seul point de chaque flanc du filet, et comme les billes roulent sur le filet en ces points, la pente du filet de la broche peut être établie à une valeur élevée sans que le fonctionnement du dispositif s'en trouve affecté.
Par ailleurs, pour la même raison, les forces axiales qui entrent enjeu ne doivent pas être par trop grandes. Une augmentation de la faculté de charge axiale peut toutefois être obtenue par une augmentation du nombre des billes de roulement principal 2, comme cela se présente par exemple dans la forme d'exécution de la fig. 9, dont le détail sera encore considéré plus loin.
En lieu et place de la bille de roulement 2, on peut également, si nécessaire, employer un autre corps rotatif, tel que ceux représentés respectivement en 3 et 4 aux fig. 3 et 4. Le corps rotatif 3 de la fig. 3 présente une forme de champignon dont la tige est montée à force dans l'anneau intérieur d'un roulement à billes radial constituant le palier de roulement radial. Par contre, le corps rotatif 4 de la fig. 4 présente une forme plus massive et il est monté directement de façon rotative en tant que pièce intérieure du palier à billes radial, directement en contact avec les billes 6. Dans les deux variantes d'exécution selon les fig. 3 et 4, le corps rotatif présente une tête hémisphérique qui vient en contact avec le filet de la broche. L'axe de rotation de ces corps rotatifs est orienté dans une direction substantiellement perpendiculaire à l'axe de la broche.
Les agencements selon les fig. 3 et 4 présentent, par rapport à la forme d'exécution précédemment décrite en liaison avec les fig. 1 et 2, cette différence que le corps rotatif ne risque pas de tomber au moment où la broche rotative est enlevée, chose qui facilite le montage et le démontage du dispositif.
L'agencement comprenant la bille de roulement 2, selon les fig. I et 2, présente par contre l'avantage selon lequel, du fait de la faculté de rotation libre de la bille 3, on a une usure uniforme de cette bille 2, alors que, avec les corps rotatifs 3 et 4 selon les variantes d'exécution, des traces d'usure en forme de rainure risquent de se produire après une longue utilisation.
Alors que les formes d'exécution décrites jusqu'ici comprenaient une broche filetée 7, dont le profil de filet présentait essentiellement une forme trapézoïdale, les exemples d'exécution qui vont être décrits maintenant comprennent une broche filetée dont le filet est formé par une gorge hélicoïdale à profil demi-circulaire, ménagée dans la surface-manteau cylindrique de la broche. D'une façon générale, il y a lieu de remarquer que la solution particulière proposée n'est pas critique en ce qui concerne le profil du filet de la broche, raison pour laquelle il est possible, suivant le but poursuivi, de choisir chaque fois le profil qui s'avère le plus adéquat.
Le profil de filet de broche représenté aux fig. 5, 6 et 9 comprend pour l'essentiel une gorge 8 à profil d'arc de cercle qui, d'une façon très simple, est établie hélicoidalement dans la surface extérieure de la broche cylindrique. Avec cette solution, il ne se produit aucune tension mécanique à l'intérieur de la broche et il est possible d'utiliser en tant que corps de broche, comme le représente la fig. 7, un tube creux qui présente un moment d'inertie relativement faible autour de son axe de rotation, ce qui lui permet de se prêter particulièrement bien à de hautes accélérations de démarrage et de stoppage, pour des déplacements linéaires rapides. Egalement dans le cas de ce profil de filet hélicoïdal 8, il est important que les billes 2 n'entrent chacune en contact qu'avec l'un des flancs, 10 ou 11, du profil de filet.
De ce fait, le rayon de courbure du profil de la gorge hélicoïdale doit toujours être plus grand que le rayon de la bille de roulement principal 2.
La fig. 5 représente un exemple d'exécution dans lequel un seul palier à aiguilles 9 est prévu, un élément additionnel de guidage 19 étant par contre prévu pour assurer le guidage du carter 1 à l'aide d'une barre (non représentée). Par ailleurs, le carter I de la fig. 5 comprend un dispositif d'ajustage à vis 18 pour le positionnement en direction radiale du palier à billes radial. A l'aide d'une clef ou d'un outil adéquat pénétrant dans des perçages ménagés dans cette vis 18, et permettant de faire tourner cette dernière, la position radiale de la bille de roulement principal 2 peut être ajustée de façon très fine. De plus, la vis 18 sert de couvercle protégeant le palier à billes radial 5 à l'égard de la poussière et de l'encrassement.
Les fig. 6 et 7 représentent une forme d'exécution dans laquelle le carter (ou manteau) déplaçable longitudinalement sous la commande de la broche filetée 7, coulisse le long d'une tringle ou barre de guidage 13 qui, en même temps, fixe rotativement le carter, c'est-à-dire L'empêche de se mouvoir en rotation. Ces vis 14 permettent d'ajuster la position angulaire du carter et de rendre son coulissement exempt de jeu. Dans cette forme d'exécution, on utilise une broche filetée tubulaire, qui présente une gorge à profil en arc de cercle 8 ménagée selon une ligne hélicoïdale, dans la surface cylindrique extérieure de la broche.
Etant donné qu'un tube présente, pour toute accélération autour de son axe longitudinal, un moment d'inertie beaucoup plus faible qu'une barre pleine, cette forme d'exécution à broche tubulaire permet d'obtenir, à l'aide d'un moteur pas à pas 15, des déplacements linéaires rapides et précis du carter coulissant.
Dans le cas de la forme d'exécution représentée à la fig. 9, quatre billes de roulement principal 2 sont réparties uniformément autour de la broche dans le carter (ou manteau ou chariot) 1. Deux de ces billes sont représentées en traits pointillés à la fig. 9. Cette disposition assure dans une certaine mesure également le maintien radial du carter I par effet de palier autour de la broche filetée, et c'est pour cette raison qu'un seul palier à aiguilles 9 peut s'avérer suffisant, comme cela est illustré par la fig. 9.
Comme cela a déjà été mentionné, il est avantageux, tout particulièrement lors de l'utilisation de broches dont le filet présente une forte pente, de disposer les billes 2 avec un certain décalage latéral, de façon que leur point de contact 12 avec le filet de la broche s'établisse dans un plan qui, tout en étant perpendiculaire au plan du palier à billes radial 5, constitue un plan axial de la broche, c'est-à-dire un plan contenant la ligne formée par l'axe de la broche. Cela est schématiquement montré à la fig. 9.
De cette façon, on obtient que la bille de roulement principal se meuve en rotation substantiellement dans l'axe de son palier à billes axial 5, ce dont résulte que cette bille de roulement principal 2 roule pratiquement sans glissement sur le flanc du filet de la broche, d'une façon qui réduit le frottement à la plus petite valeur possible pour un tel dispositif et qui assure une répartition de force optimale dans la broche. Du fait des inévitables tolérances dans la précision et les dimensions, I'axe de rotation de la bille de roulement principal 2 ne reste pas absolument fixe au cours de l'utilisation. Avec la forme d'exécution comprenant les billes de roulement principal 2, cela se traduit par une répartition uniforme de l'usure.
Il est avantageux de recouvrir, après l'ajustage, le palier à billes radial 5 d'un couvercle 20 (fig. 6, 9) en direction de l'extérieur, de fa çon à rendre celui-ci inaccessible pour la poussière et la crasse.
Comme cela se trouve représenté à la fig. 5, ce couvercle de protection peut en même temps être conformé comme une vis d'ajustage 18.
Le carter (ou manchon, ou chariot) I peut, dans toutes les formes d'exécution décrites, être constitué d'un corps en matière synthétique solide dans lequel les paliers sont disposés et maintenus par pression dans leur siège. Une telle utilisation de matériau synthétique présente I'avantage d'assurer une faible inertie, importante pour les modifications de mouvements rapides. Par ailleurs, il est naturellement aussi possible d'utiliser un carter métallique lorsque cela s'avère indiqué compte tenu des conditions d'emploi. Le carter 1 présente naturellement aussi tout un agencement (non représenté) au moyen duquel les parties de machine devant subir le déplacement linéaire, par exemple des boutons-poussoirs sur une unité d'impression électronique, des stylets d'inscription, etc., peuvent être fixées au carter.
La conception particulière qui vient d'être décrite présente l'avantage de permettre une fabrication bon marché, étant donné qu'elle est réalisable à l'aide de pièces isolées courantes, comme cela est le cas par exemple pour les paliers à billes radiaux 5, les paliers à aiguilles 9, etc. Cette conception fournit due plus, par sa nature, la possibilité d'avoir une broche filetée-simplifiée et à faible moment d'inertie, qui peut présenter une forte pente de filet. Ainsi, cette conception particulière se prête également bien à des utilisations dans lesquelles des déplacements linéaires rapides et précis doivent pouvoir intervenir.
On note que l'entraînement rotatif de la broche peut fort bien être fourni par un moteur pas à pas.
Selon une variante d'exécution de la conception particulière proposée, le carter pourrait être mobile en rotation et fixe en translation alors que la broche serait mobile en translation et fixe en rotation.
Dans ce cas, le carter pourrait être inclus dans le rotor d'un moteur électrique, ce rotor tournant autour de la broche, elle-même immobile en rotation et mobile en translation. Le moteur pourrait également être avantageusement un moteur pas à pas fournissant, selon la commande de rotation en avant ou en arrière de ce rotor, un mouvement de translation servant par exemple à actionner les touches ou les contacts d'un dispositif de commande (conditionnant le fonctionnement d'un quelconque appareillage, d'une quelconque installation, par exemple d'un ordinateur ou d'un appareil de traitement de l'information).
Dans cette variante d'exécution, des moyens devraient naturellement être prévus pour permettre un déplacement axial de la broche en interdisant son déplacement rotatif; ces moyens pourraient par exemple consister en une partie à profil carré ou profilé prolongeant la broche vers l'arrière et l'empêchant de tourner.
Une telle application serait particulièrement avantageuse du fait qu'elle implique un effet réellement minimal des phénomènes d'inertie, permettant une rapidité de travail maximal.
Enfin, on note que le dispositif selon la conception particulière proposée permet un ajustage simple du jeu et ne nécessite, dans chacune de ses diverses formes de réalisation, qu'un service d'entretien très réduit.
** ATTENTION ** start of the DESC field may contain end of CLMS **.
CLAIMS
1. Linear drive device comprising a mounting arrangement, in a radial bearing relation, of a casing (1) on a threaded spindle (7), characterized in that at least one rotary body (2, 3, 4) is mounted in the casing (1), movable in rotation relative to the latter about an axis substantially perpendicular to that of the spindle (7), in such a way that each said rotary body (2,3 , 4) is supported only against one of the flanks (10, 11) of the thread profile of the threaded spindle (7), this rotary body (2, 3, 4) rolling on this flank (10, 11) during 'a rotation of the spindle (7).
2. Linear drive device according to claim 1, ca characterized in that it comprises at least two said rotary bodies (2, 3, 4) one of which is in abutment against a place of the front flank (10) of the spindle thread (7) and the other of which is in abutment against a place in the rear flank (11) of this thread.
3. Linear drive device according to claim 1 or claim 2, characterized in that four said rotary bodies (2, 3, 4) are regularly distributed in the housing (1) around the threaded spindle (7), these rotary bodies being arranged so that two diametrically opposite rotary bodies bear respectively against one and against the other of the front (10) and rear (II) sides of the profile of the thread of the threaded spindle (7).
4. Linear drive device according to one of claims I to 3, characterized in that the position of the rotary body (2, 3, 4) is adjustable in the direction perpendicular to the axis of the spindle (7) d 'a way influencing the axial clearance of the spindle (7) in the housing (1).
5. Linear drive device according to one of claims I to 4, characterized in that said mounting arrangement in radial bearing relation comprises at least one needle bearing (9) established in the casing (1) and acting on the surface, in the form of a helical cut in a cylindrical surface, which is established at the flattened upper part, of the profile of the thread of the threaded spindle (7).
6. Linear drive device according to one of claims I to 5, characterized in that, for each said rotary body (2, 3, 4), a radial ball bearing (5) is disposed in the housing (1 ), The axis of this radial ball bearing (5) being substantially perpendicular to the axis of the spindle (7).
7. Linear drive device according to claim 6, ca acterized in that said radial ball bearing (5) is disposed in the housing (I) so that the contact point (12) of the corresponding rotary body and the threaded spindle (7) is in a plane which is perpendicular to the plane of the radial ball bearing and which constitutes an axial plane of the spindle (fig. 9).
8. Linear drive device according to one of claims 1 to 7, characterized in that each said rotary body consists of a ball (2).
9. Linear drive device according to claim 6 and claim 8, characterized in that each said radial ball bearing (5) comprises balls (6) free towards its center, the maximum relative spacing of these balls being smaller than the diameter of the ball (2) forming the rotary body, so that the latter is supported on these balls (6) of the radial bearing and rolls on them in operation.
10. Device according to one of claims I to 9, characterized in that the thread of the spindle (7) is formed by a helical notch with a circular arc profile established in a cylindrical mantle surface.
The present invention relates to a linear drive device comprising a mounting arrangement, in a radial bearing relationship, of a housing on a threaded spindle.
Many such linear drive devices are already known. We tried to arrange these known devices so as to achieve an optimal compromise between the requirements of precision,
low friction and good force transmission between the spindle
rotary and the housing moving axially along it. In
cases where large forces are to be transmitted with a
relatively small slope of the spindle thread, we appealed with
success with devices having rollers which exhibit at their
periphery of the grooves coming into engagement with the thread of the spindle.
Such a device is for example described in the patent application eu
European publication No. 0003802. In cases where the forces to transmit
tre are small and where the slope of the net is relatively small, we have
advantageously used devices in which the threaded spindle
rolls against parts of ball bearings arranged obliquely,
as can be seen for example in the presentation of the Swiss patent
No 529306. On the other hand, until now, we have found that solu
unsatisfactory in cases where a high slope of the net of the
spindle must ensure, with relatively small force transmission
tes, fast and precise advance of the crankcase.
For such cases,
devices with helical ball bearings, also known,
which comprise a plurality of rolling balls rolling in the
spindle turns and returning to their starting point, from one end
to the other of the casing, by the interior of it, are in particular re
inadequate streaks. Such devices are indeed very expensive to manufacture
quer and present, moreover, the disadvantage of introducing a limitation
troublesome regarding the spindle speed.
The problem therefore arises of making a driving device
simple linear, particularly suitable for bro
steep net slope with relatively small force transmission
tites, with which a fast and precise linear advance can be obtained
outfit.
The object of the invention is to provide a satisfactory solution to this
problem, and the linear drive device according to the invention, of the
generic type previously defined, achieves this goal by the fact that,
as set out in the first appended claim, to
less a rotating body is mounted in the housing, movable in rotation
relative to it about an axis substantially perpendicular
to the spindle, in such a way that each says rota body
tif is only supported against one of the sides of the profile of the net
of the threaded spindle, this rotary body thus rolling on this side during
a spindle rotation.
Dependent claims define forms of execution
tion of the subject of the invention which are particularly advantageous
from the point of view of their construction and performance. In
this context, we note in particular that each said rotary body is
advantageously consisting of a ball.
The solution recommended by the invention has the important advantage
to be usable with different spindle thread profiles, and allows
be obtaining a precise linear advance and involving only one
very low friction also with steep brook slopes
che.
The accompanying drawing illustrates, by way of example, forms of execution
tion of the subject of the invention; in this drawing:
fig. I is a view, partially in section along the axial line of
the spindle, of a first embodiment of the device in ques
tion,
fig. 2 is a view in radial section along the line II-II of FIG. 1, figs. 3 and 4 are schematic views representing various va
possible laughs for the arrangement of the rotating body,
fig. 5 is a partial view in axial section of a second form
execution of the device in question,
fig. 6 is a view partially in section along the axial line of
the spindle, of a third embodiment of the proposed device
by the invention,
fig. 7 is an axial sectional view along line VII-VII of the
fig. 6,
fig.
8 is a view in radial section along line VIII-VIII of the
fig. 7, and
fig. 9 is an axial sectional view showing schematic
lies a fourth embodiment of the device according to the invention
tion.
We will first describe the main elements of the device
proposed linear drive, in the case of the embodiment shown in Figs. 1 and 2. A spindle 7, provided with a profiled thread and driven by a motor, for example by a stepping motor, carries a casing (or sleeve) 1. This casing 1 is mounted on the spindle 7, of a way allowing mutual rotation, by means of bearings 9 of a type capable of supporting and absorbing radial forces.
The bearings 9 are preferably needle bearings arranged at the two ends of the casing, the needles of these bearings rolling against the helical cylindrical surface formed by the flattened top of the profile of the spindle thread. As will be seen later in connection with FIGS. 5 and 9, the mounting of the housing according to a radial bearing relationship can also be carried out using different arrangements. The housing I has a circular bore for the passage of the spindle 7.
Balls 2 form, in two diametrically opposite wall portions of the casing, radial ball bearings whose axes are perpendicular to the axis of the spindle. The dimensions of the radial ball bearings 5 and of the main bearing ball 2 are chosen such that the main bearing ball 2 bears against the balls 6 of the radial bearing 5, so that the latter cannot escape from the casing 1 despite the fact that the radial bearing 5 leaves them free to move towards its center. One condition for this is that the maximum distance between two balls 6 of the axial bearing is smaller than the diameter of the main bearing ball 2.
As a radial ball bearing 5, it is advantageous to use commercially available bearings, comprising an outer ring 17 and a cage 16, the main bearing ball 2 performing the function of an inner bearing ring in a way. In the embodiment shown in Figs. 1 and 2, the radial ball bearings 5 can be moved in the direction perpendicular to the axis of the spindle by shifting the outer ring 17 which is mounted by pressure in the housing 1. The position of the radial ball bearing 5 in the housing I determines the position of the main rolling ball 2 relative to the thread of the spindle 7.
The possibility of adjustment perpendicular to the axis of the spindle is preferably established so as to allow the balls 2 to touch respectively one side 10 or the other side 1 1 of the thread in an area close to the outer peripheral surface of the thread , but without being located directly on the edge of the thread, such an adjustment ensuring minimization of wear. The balls 2 are, in the axial direction of the spindle, offset by a little more than half a pitch, so that one of them is in abutment against the front flank 10 of the thread, while the other is in abutment against the rear flank 11 of the net. It must be avoided that a main rolling ball 2 is simultaneously in contact against the two sides of the thread, because in such a case a simple rolling of the ball against the side of the thread no longer occurs.
The position of the radial ball bearings 5 is preferably offset laterally in the tangential direction relative to the spindle, as shown by a dashed line in FIG. 9, so that the points of contact 12 of the balls 2 with the flanks of the spindle thread are, due to the slope of this thread, in a vertical plane which passes through the axis of the spindle and which is perpendicular in the plane of the radial ball bearing. In this way, it is obtained that the two balls 2, during their rolling against the side of the thread, move in rotation substantially around the axis of the radial ball bearing 5. The possibility, already mentioned, of adjusting the position radial ball bearings 5 in the direction of their axis, determines the play of the linear drive.
The more the axial ball bearings 5 and with them the main bearing balls 2 are moved in the direction of the spindle axis, the smaller the play of the linear drive becomes, as will easily be seen on fig. 1. In the position according to fig. I and 2, the balls 2 act as an axial support bearing and they receive the forces in the axial direction of the spindle, while the radial forces are supported by the two needle bearings 9. As the balls 2 do not touch substantially only one point on each side of the thread, and as the balls roll on the thread at these points, the slope of the spindle thread can be set to a high value without affecting the operation of the device.
Furthermore, for the same reason, the axial forces that come into play must not be too large. An increase in the axial load capacity can, however, be obtained by an increase in the number of main rolling balls 2, as occurs for example in the embodiment of FIG. 9, the details of which will be considered further below.
In place of the rolling ball 2, it is also possible, if necessary, to use another rotary body, such as those shown respectively in 3 and 4 in FIGS. 3 and 4. The rotary body 3 of FIG. 3 has a mushroom shape, the rod of which is forcibly mounted in the inner ring of a radial ball bearing constituting the radial rolling bearing. On the other hand, the rotary body 4 of FIG. 4 has a more massive shape and is mounted directly in a rotary manner as an inner part of the radial ball bearing, directly in contact with the balls 6. In the two alternative embodiments according to FIGS. 3 and 4, the rotary body has a hemispherical head which comes into contact with the thread of the spindle. The axis of rotation of these rotary bodies is oriented in a direction substantially perpendicular to the axis of the spindle.
The arrangements according to fig. 3 and 4 show, with respect to the embodiment previously described in connection with FIGS. 1 and 2, this difference that the rotary body is not likely to fall when the rotary spindle is removed, something which facilitates the assembly and disassembly of the device.
The arrangement comprising the rolling ball 2, according to FIGS. I and 2, on the other hand has the advantage that, due to the free rotation of the ball 3, there is uniform wear of this ball 2, while, with the rotary bodies 3 and 4 according to the variants d During execution, traces of wear in the form of a groove may occur after long use.
While the embodiments described so far included a threaded pin 7, the thread profile of which had essentially a trapezoidal shape, the exemplary embodiments which will now be described include a threaded pin whose thread is formed by a groove helical with semi-circular profile, formed in the cylindrical surface-coat of the spindle. In general, it should be noted that the particular solution proposed is not critical with regard to the profile of the spindle thread, which is why it is possible, depending on the aim pursued, to choose each time the most suitable profile.
The spindle thread profile shown in Figs. 5, 6 and 9 essentially comprises a groove 8 with a circular arc profile which, in a very simple manner, is established helically in the external surface of the cylindrical spindle. With this solution, there is no mechanical tension inside the spindle and it is possible to use as a spindle body, as shown in fig. 7, a hollow tube which has a relatively small moment of inertia around its axis of rotation, which allows it to lend itself particularly well to high starting and stopping accelerations, for rapid linear displacements. Also in the case of this helical thread profile 8, it is important that the balls 2 each come into contact only with one of the sides, 10 or 11, of the thread profile.
Therefore, the radius of curvature of the profile of the helical groove must always be greater than the radius of the main rolling ball 2.
Fig. 5 shows an exemplary embodiment in which a single needle bearing 9 is provided, an additional guide element 19 being provided on the other hand to guide the casing 1 using a bar (not shown). Furthermore, the casing I of FIG. 5 comprises a screw adjustment device 18 for positioning in the radial direction of the radial ball bearing. Using a key or a suitable tool penetrating into holes made in this screw 18, and making it possible to rotate the latter, the radial position of the main rolling ball 2 can be adjusted very finely. In addition, the screw 18 serves as a cover protecting the radial ball bearing 5 with respect to dust and fouling.
Figs. 6 and 7 show an embodiment in which the casing (or mantle) movable longitudinally under the control of the threaded spindle 7, slides along a rod or guide bar 13 which, at the same time, rotatably fixes the casing , that is to say prevents it from moving in rotation. These screws 14 make it possible to adjust the angular position of the casing and to make its sliding free of play. In this embodiment, a tubular threaded spindle is used, which has a groove with a profile in an arc of a circle 8 formed along a line. helical, in the outer cylindrical surface of the spindle.
Since a tube has, for any acceleration around its longitudinal axis, a moment of inertia much lower than a solid bar, this embodiment with tubular pin allows to obtain, using a stepping motor 15, rapid and precise linear movements of the sliding casing.
In the case of the embodiment shown in FIG. 9, four main bearing balls 2 are distributed uniformly around the spindle in the casing (or mantle or carriage) 1. Two of these balls are shown in dotted lines in FIG. 9. This arrangement also ensures to a certain extent the radial maintenance of the casing I by bearing effect around the threaded spindle, and it is for this reason that a single needle bearing 9 may prove to be sufficient, as is illustrated in fig. 9.
As already mentioned, it is advantageous, especially when using pins whose thread has a steep slope, to arrange the balls 2 with a certain lateral offset, so that their point of contact 12 with the thread of the spindle is established in a plane which, while being perpendicular to the plane of the radial ball bearing 5, constitutes an axial plane of the spindle, that is to say a plane containing the line formed by the axis of spindle. This is schematically shown in fig. 9.
In this way, it is obtained that the main rolling ball moves in rotation substantially in the axis of its axial ball bearing 5, which results in that this main rolling ball 2 rolls practically without sliding on the side of the thread of the spindle, in a way that reduces friction to the lowest possible value for such a device and which ensures optimal force distribution in the spindle. Due to the inevitable tolerances in precision and dimensions, the axis of rotation of the main rolling ball 2 does not remain absolutely fixed during use. With the embodiment comprising the main bearing balls 2, this results in a uniform distribution of wear.
It is advantageous to cover, after adjustment, the radial ball bearing 5 with a cover 20 (fig. 6, 9) in the direction of the outside, so as to make it inaccessible for dust and dirt.
As shown in fig. 5, this protective cover can at the same time be shaped like an adjusting screw 18.
The casing (or sleeve, or carriage) I can, in all of the embodiments described, consist of a solid plastic body in which the bearings are arranged and held by pressure in their seat. Such use of synthetic material has the advantage of ensuring a low inertia, which is important for modifications of rapid movements. In addition, it is of course also possible to use a metal casing when this is indicated taking into account the conditions of use. The casing 1 naturally also has a whole arrangement (not shown) by means of which the machine parts which are to undergo linear movement, for example push buttons on an electronic printing unit, writing pens, etc., can be attached to the housing.
The particular design which has just been described has the advantage of allowing inexpensive manufacture, since it can be carried out using common insulated parts, as is the case for example for radial ball bearings 5 , needle bearings 9, etc. This design further provides, by its nature, the possibility of having a threaded-simplified spindle and low moment of inertia, which can exhibit a steep thread slope. Thus, this particular design also lends itself well to uses in which rapid and precise linear displacements must be able to intervene.
Note that the rotary spindle drive may well be provided by a stepper motor.
According to an alternative embodiment of the particular design proposed, the casing could be mobile in rotation and fixed in translation while the spindle would be mobile in translation and fixed in rotation.
In this case, the casing could be included in the rotor of an electric motor, this rotor rotating around the spindle, itself stationary in rotation and movable in translation. The motor could also advantageously be a stepping motor providing, depending on the rotation control in front or behind this rotor, a translational movement serving for example to actuate the keys or the contacts of a control device (conditioning the operation of any device, any installation, for example a computer or an information processing device).
In this alternative embodiment, means should naturally be provided to allow axial movement of the spindle by preventing its rotary movement; these means could for example consist of a square or profiled part extending the spindle backwards and preventing it from turning.
Such an application would be particularly advantageous because it implies a really minimal effect of the phenomena of inertia, allowing maximum speed of work.
Finally, it should be noted that the device according to the particular design proposed allows simple adjustment of the clearance and requires, in each of its various embodiments, only a very reduced maintenance service.