FR2628170A1 - Dispositif de guidage pour l'execution d'un deplacement composite - Google Patents
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Abstract
Dans ce dispositif comportant un arbre 2 comportant des gorges 22, 23 de circulation de billes en chevauchement, un écrou 3 monté sur l'arbre au moyen de billes B1 , le manchon extérieur cannelé 4 monté sur l'arbre au moyen de billes B2 , un logement 10, dans lequel l'écrou et le manchon peuvent tourner en étant supportés par des couples respectifs de paliers 6, 7; 8, 9 contenant des billes B6 , B7 ; B8 , B9 , et des organes de transmission mécanique 11, 12 entraînant de façon indépendante l'écrou et le manchon, les billes B1 sont précontraintes dans la direction axiale de l'écrou et de l'arbre, les billes B6 , B7 sont précontraintes, et les billes B2 sont précontraintes sensiblement dans le sens de rotation du manchon et de l'arbre. Application notamment au dispositif de guidage installé dans le bras d'un robot industriel.
Description
RÉPUBLIQUE FRAN AISE () N' de publication: 2 628 170 (à n'utiliser que
pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction)
DE LA PROPRIÉ:TÉ INDUSTRIELLE
DE LA PROPRITINDUSTRIELLE N d'enregistrement national 88 05761 PARIS
( Int Cl4: F 16 H 37/00, 21/04, 25/24; B 25 J 18/00.
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
Date de dép6t: 29 avril 1988. () Demandeur(s): TERAMACHI Hiroshi - JP.
) Priorité: JP, 5 mars 1988, n 52460/88.
) Inventeur(s) Hiroshi Teramachi.
() Date de la mise à disposition du public de la
demande: BOPI " Brevets " n 36 du 8 septembre 1989.
) Références à d'autres documents nationaux appa-
rentés: (n) Titulaire(s): ( Mandataire(s): Cabinet Regimbeau, Martin, Schrimpf,
Warcoin et Ahner.
Dispositif de guidage pour l'exécution d'un déplacement composite. Dans ce dispositif comportant un arbre 2 comportant des
gorges 22, 23 de circulation de billes en chevauchement. un,%?y.r,=.,-
écrou 3 monté sur l'arbre au moyen de billes B1, le manchon! m' j3lm extérieur cannelé 4 monté sur l'arbre au moyen de billes 82, un logement 10, dans lequel l'écrou et le manchon peuvent tourner en étant supportés par des couples respectifs de paliers 6, 7; 8. 9 contenant des billes 86e, B7: B. Bq, et des organes de transmission mécanique 11, 12 entraînant de façon
_ indépendante l'écrou et le manchon, les billes B, sont précon-
traintes dans la direction axiale de l'écrou et de l'arbre, les
billes B. 87 sont précontraintes, et les billes 82 sont précon-
traintes sensiblement dans le sens de rotation du manchon et de l'arbre. \
Application notamment au dispositif de guidage installé = -
dans le bras d'un robot industriel.
= N N LU nt,.,.....1.i,,e & lIMOnPIMOnIF NATIONALE. 27. rue de le Convention -- 75732 PARIS CEDEX 15
La présente invention concerne un dispositif de gui-
dage destiné à être utilisé par exemple dans un bras d'un ro-
bot industriel, et plus particulièrement, un dispositif de guidage servant à guider un objet exécutant un déplacement composite incluant un déplacement linéaire axial et un mou-
vement de rotation.
Un dispositif de guidage connu pour l'exécution d'un
déplacement composite inclut un arbre comportant, dans sa sur-
face périphérique extérieure, des gorges hélicoïdales de cir-
culation de billes et des gorges de circulation de billes
en forme de cannelures, toutes les gorges étant for-
mées dans la même partie de l'arbre en étant en chevauchement,
pour ainsifournirune course étendue pour le déplacement compo-
site. (Voir par exemple la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique sous le N 62-165057). De façon plus spécifique, ce type de dispositif de guidage connu comporte un écrou monté sur l'arbre par l'intermédiaire de billes, qui sont logées dans et guidées par les gorges hélicoïdales de circulation des billes, et un manchon extérieur cannelé monté
sur l'arbre par l'intermédiaire de billes logées dans et gui-
dées par les gorges de circulation de billes en forme de cannelures. L'écrou et le manchon extérieur cannelé sont logés dans un boîtier commun. L'écrou et le manchon extérieur cannelé sont supportés chacun, de manière à pouvoir tourner, dans le logement par l'intermédiaire d'un couple de palies de support. Par conséquent l'écrou et le manchon extérieur cannelé peuvent tourner indépendamment l'un de l'autre. En fonctionnement, l'écrou et le manchon extérieur cannelé sont
entraînés au choix en rotation de manière à permettre à l'ar-
bre de se déplacer axialement, de tourner ou d'exécuter un mouvement composite comprenant une composante de déplacement
axial et une composante d'un mouvement de rotation.
On peut grosso modo classer les problèmes, que l'on rencontre avec ce dispositif connu, dans trois catégories (A), (B) et (C): (A) Il existe un jeu ou une course à vide entre le manchon extérieur cannelé et l'écrou à billes. Un tel jeu entraîne
un retard de phase en particulier lors du démarrage du dis-
positif, et affecte la précision de la position d'arrêt.
(1) En se référant tout d'abord au manchon extérieur cannelé,
il existe un jeu critique dans le sens de rotation étant don-
né que la position en rotation est déterminée par le manchon extérieur cannelé, alors que l'écrou à billes est agencé de
manière à tourner librement.
Dans le dispositif de guidage du type comportant des
gorges hélicoïdales de circulation de billesetdesgorgesdecir-
culation des billes en forme de cannelures, ces différentes gorqes étant disposées en chevauchement, 1 'arbre doit posséder une section transversale
circulaire de manière à permettre à l'écrou à billes de tour-
ner sur l'arbre par l'intermédiaire des billes qui roulent
le long des gorges hélicoïdales de circulation de billes, mé-
nagées dans la surface périphérique extérieure de l'arbre.
D'autre part les gorges de circulation de billes en forme
de cannelures sont agencées sous la forme de gorges ra-
diales de circulation de billes, comme cela est spécifié par les Normes Industrielles Japonaises et illustré sur la figure
14 annexée à la présente demande. Par conséquent le disposi-
tif de guidage dans son ensemble n'est pas conçu pour four-
nir un soutien rigide à l'encontre d'une charge agissant dans la direction angulaire, bien qu'il permette de supporter d'une manière satisfaisante une charge radiale. Pour ces raisons, il était difficile d'éliminer de facon satisfaisante tout jeu
dans le sens de rotation.
(2) En se référant maintenant à l'écrou à billes, le carac-
tère critique du jeu se manifeste dans la direction axiale étant donné que l'écrou à billes doit régler la position dans la direction axiale, tandis que le manchon extérieur cannelé
peut glisser librement dans cette direction axiale.
Dans le dispositif du type décrit, le moment d'une force est appliqué par l'arbre à l'écrou à billes de sorte
qu'il fait tourner l'écrou à billes ou lui applique une ten-
sion. Ceci requiert essentiellement que l'écrou soit soutenu
de façon stable au niveau de sa surface périphérique exté-
rieure par un palier du type à contact radial. Cependant ce type de palier n'est pas suffisamment rigide pour supporter n'importe quelle charge axiale, de sorte que le dispositif de guidage dans son ensemble présente inévitablement un jeu
ou une course à vide dans la direction axiale.
(B) Le second problème réside dans le fait qu'une corrosion due à un frottement répété tend à se manifester au niveau des surfaces de roulement des billes en raison de la présence du jeu ou de la course à vide du manchon extérieur cannelé et
de l'écrou à billes. L'expression "corrosion due à un frotte-
ment répété" est utilisée dans la présente spécification pour
désigner l'usure d'une ou des deux surfaces en contact réci-
proque sous l'effet d'un faible glissement relatif répété en-
tre ces surfaces.
(1) On va donner ci-après des explications concernant la cor-
rosion due à un frottement répété, s'appliquant à l'écrou à billes et imputable au jeu d'ajustement du manchon extérieur
cannelé. Lorsque l'arbre de rotation est arrêté de façon brus-
que, il se déplace dans le sens de rotation par inertie étant
donné que les billes supportant le manchon extérieur canne-
lé sont déformées élastiquement. Lorsque les billes défor-
mées élastiquement rebondissent, l'arbre est repoussé en ar-
rière dans le sens inverse du sens de rotation, ce qui en-
traine une vibration de l'arbre dans le sens de rotation.
Cette vibration provoque un faible glissement vibratoire en-
tre les billes et les surfaces de roulement des billes de l'écrou à billes, ce qui entraîne une corrosion locale, due
à un frottement répété, des surfaces de roulement des billes.
Il en résulte que de petites piqûres locales se forment dans ces deux surfaces de roulement des billes, ce qui affecte le
roulement uniforme des billes.
(2) La corrosion due à un frottement répété, qui est appli-
quée au manchon extérieur cannelé et est imputable à un jeu axial de l'écrou à billes, apparaît de la manière indiquée ci-après.
Lorsque l'arbre en déplacement axial est arrêté brus-
quement, cet arbre se déplace dans la direction axiale par
inertie, étant donné que les billes supportant l'écrou à bil-
les ou les billes des roulementssont déformées élastiquement.
Lorsque les billes déformées élastiquement rebondissent, l'ar-
bre est repoussé en arrière dans la direction axiale opposée, ce qui entraîne une vibration de l'arbre dans la direction axiale. Cette vibration fait apparaître un faible glissement vibratoire entre les billes et les surfaces de roulement des
billes du manchon extérieur cannelé, ce qui entraîne une cor-
rosion locale, due à un frottement répété, des surfaces de
roulement des billes.
(C) Le troisième problème réside dans le fait que les billes
supportant l'écrou à billes tendent à être endommagées en rai-
son de la présence d'un jeu radial du manchon extérieur can-
nelé. (1) Lorsque le dispositif de guidage de ce type est utilisé
dans le bras d'un robot industriel, ce bras est habituelle-
ment fixé au manchon extérieur cannelé de sorte que la charge
radiale est portée par ce manchon.
Lorsqu'une charge latérale importante est appliquée à l'extrémité de l'arbre alors que ce dernier est à l'état
déployé, une charge excessivement élevée est appliquée au man-
chon extérieur cannelé, ce qui entraîne l'apparition d'une
vibration radiale du manchon extérieur cannelé. Cette vibra-
tion radiale du manchon extérieur cannelé provoque une oscil-
lation de l'arbre d'une manière qui provoque une "torsion" ou une "mise en position oblique" de l'écrou à billes qui est logé dans le même boîtier. Par conséquent les billes situées dans les deux extrémités axiales de l'écrou sont surchargées
au point d'être déformées élastiquement, ce qui fait apparai-
tre une vibration et perturbe la circulation uniforme des bil-
les. Dans le pire des cas, les billes sont gravement endomma-
gées.
(2) Dans le cas de l'existence d'un jeu ou d'une course à vi-
de du manchon extérieur cannelé, l'arbre vibre très faible-
ment lorsque la machine, par exemple un robot, est arrêtée brusquement, ce qui fait apparaître une corrosion due à un frottement répété dans les surfaces de roulement des billes
de l'écrou à billes.
(3) On comprendra également que tout jeu radial du manchon ex-
térieur cannelé est amplifié au niveau de l'extrémité libre
de l'arbre, ce qui entraîne une réduction de la précision.
C'est pourquoi un but de la présente invention est
de supprimer d'une manière substantielle les défauts ou pro-
blèmes de la technique classique et de fournir un dispositif
de guidage pour l'exécution d'un déplacement composite, com-
portant un écrou et un manchon extérieur cannelé, montés dans
un logement commun, et dans lequel tout jeu axial et en rota-
tion est éliminé, ce qui améliore la caractéristique de répon-
se et la précision de positionnement.
Un autre but de la présente invention est de garan-
tir qu'un fonctionnement uniforme du dispositif de guidage du type décrit, moyennant une suppression de la corrosion due
à un frottement répété, appliquée à l'écrou etau manchon ex-
térieur cannelé et imputable au jeu du manchon extérieur can-
nelé dans le sens de rotation et au jeu de l'écrou dans la
direction axiale.
Un autre but de l'invention est de garantir un fonc-
tionnement uniforme du dispositif de guidage du type décrit,
en empêchant l'apparition d'une corrosion, due à un frotte-
ment répété, de l'écrou au moyen de la suppression d'une sur-
charge des billes dans l'écrou, et en éliminant les jeux ra'-
diaux du palier de support situé sur le manchon extérieur can-
nelé afin d'empêcher toute oscillation radiale.
Un autre but de la présente invention est d'accroî-
tre la capacité de charge des paliers du dispositif de guida-
ge à la fois dans les directions axiale et radiale, ainsi que
la résistance au moment appliqué d'une force, par accroisse-
ment de la rigidité des paliers de soutien supportant l'écrou
et le manchon extérieur cannelé.
Ces objectifs et d'autres objectifs peuvent être at- teints, conformément à la présente invention, à l'aide d'un
dispositif de guidage pour l'exécution d'un déplacement com-
posite comprenant un seul arbre muni d'une gorge hélicoïdale
de circulation de billes et d'une gorge de circulation de bil-
les en forme de cannelure, dans la surface périphéri-
que extérieure de l'arbre, de telle sorte que ces deux gorges
se chevauchent, un écrou monté sur l'arbre moyennant l'inter-
position d'un certain nombre de billes, un manchon extérieur
cannelé monté sur l'arbre moyennant l'interposition d'un cer-
tain nombre de billes, un logement, dans lequel l'écrou et
le manchon extérieur cannelé sont montés, de manière à pou-
voir tourner, au moyen de couples respectifs de paliers de
support, et des organes de transmission mécanique par l'in-
termédiaire desquels l'écrou et le manchon extérieur cannelé sont entrainés d'une manière indépendante l'un de l'autre, ce dispositif étant caractérisé en ce que les billes situées
entre l'écrou et l'arbre sont précontraintes dans la'direc-
tion de l'axe de l'arbre, que les billes contenues dans le
palier de support servant à supporter l'écrou sont précon-
traintes et que les billes situées entre le manchon extérieur cannelé et l'arbre sont précontraintes approximativement dans
le sens de rotation.
Lespalieisde support servant à supporter le manchon
extérieurcannelépeut en posséder une structure de type annu-
laire,leurs billes étant précontraintes de façon appropriée.
Les paliers de support servant à supporter l'écrou et le manchon extérieur cannelé peuvent être réalisés au moyen
de billes qui roulent sur les surfaces de l'écrou et du man-
chon extérieur cannelé, qui sont utilisées à la manière de pistes intérieures et extérieures de roulement fixées dans le logement. Dans le dispositif de guidage servant à exécuter un déplacement composite, du type décrit, de façon appropriée
les billes situées entre l'arbre et l'écrou sont précontrain-
tes. En outre les paliers de support possèdent une structure du type à contact angulaire, les billes étant précontraintes de façon appropriée. Le dispositif de guidage présente par conséquent une rigidité supérieure dans la direction axiale, de sorte que tout jeu dans cette direction axiale peut être complètement éliminé. Le léger déplacement vibratoire axial de l'arbre par rapport au logement, qui se produit de façon
inévitable dans le dispositif de l'art antérieur lorsque l'ar-
bre est arrêté brusquement, peut être éliminé, ce qui empêche
l'apparition d'une corrosion, provoquée par un frottement ré-
pété, du manchon extérieur cannelé.
Les billes situées entre le manchon extérieur canne-
lé et l'arbre sont également précontraintes dans le sens de rotation, de sorte que le dispositif de guidage présente une
rigidité élevée dans le sens de rotation, ce qui élimine com-
plètement tout jeu dans le sens de rotation. Par conséquent,
la corrosion appliquée à l'écrou, qui est produite sous l'ac-
tion d'un frottement répété etestimputable au jeu de l'arbre
dans le sens de rotation, est évitée.
Pourvu que le palier de support servant à supporter le manchon extérieur cannelé soit réalisé sous la forme d'un
palier du type à contact angulaire, dont les billes sont pré-
contraintes, on obtient également une rigidité élevée dans
la direction axiale, ce qui supprime totalement le jeu du man-
chon extérieur cannelé dans la direction radiale. C'est pour-
quoi le moment d'une force, qui agit dans le sens d'une tor-
sion de l'écrou et est provoqué par une oscillation de l'ar-
bre, peut être complètement éliminé, ce qui empêche toute sur-
charge des billes situées entre l'écrou et l'arbre. La cor-
rosion de l'écrou, provoquée par un frottement répété en rai-
son du jeu radial du manchon extérieur cannelé peut être éga-
lement évitée. On comprendra également que le dispositif de guidage peut posséder des dimensions réduites, pourvu que l'écrou et le manchon extérieur cannelé soient utilisés pour
former les pistes intérieures du palier de support.
D'autres caractéristiques et avantages de la présen-
te invention ressortiront de la description donnée ci-après
prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels:
- la figure 1 représente une vue en coupe longitudi-
nale d'une forme de réalisation du dispositif de guidage pour
l'exécution d'un déplacement composite, conforme à la présen-
te invention;
- la figure 2 représente une vue en élévation de fa-
ce, en coupe partielle, du dispositif conforme à la présente invention; la figure 3 représente une vue en coupe d'un écrou présent dans le dispositif de la figure 1, montrant l'état de contact des billes dans l'écrou;
- la figure 4 représente une vue en coupe d'un man-
chon extérieur cannelé du dispositif représenté sur la figure
1, montrant l'état de contact des billes dans le manchon ex-
térieur cannelé; - la figure 5A représente une vue en élévation de face de l'arbre du dispositif de la figure 1;
- la figure 5B représente une vue en coupe prise sui-
vant la ligne V-V sur la figure 1; - la figure 6A représente une vue en élévation de face d'un élément de l'écrou contenu dans le dispositif de la figure 1;
- la figure 6B représente une vue en coupe prise sui-
vant la ligne VI-VI sur la figure 6A;
- la figure 6C représente une vue en élévation laté-
rale de gauche du dispositif de la figure 6A;
- la figure 6D représente une vue en élévation laté-
rale de droite du dispositif de la figure 6A; - la figure 7A représente une vue en élévation de
2628170-
face d'un capuchon d'extrémité de l'écrou; - la figure 7B représente une vue en coupe verticale du dispositif de la figure 7A;
- la figure 7C représente une vue en élévation arriè-
re du capuchon d'extrémité de l'écrou, représenté sur la fi- gure 7A;
- la figure 7D représente une vue en coupe prise sui-
vant la ligne VII-VII sur la figure 7A;
- la figure 8A représente une vue en coupe du man-
chon extérieur cannelé du dispositif de la figure 1;
- la figure 8B représente une vue en élévation laté-
rale du manchon extérieur cannelé de la figure 8B; - la figure 9A représente une vue en élévation de face d'un organe de retenue monté dans le manchon extérieur cannelé des figures 8A et 8B;
- la figure 9B représente une vue en coupe prise sui-
vant la ligne IX-IX sur la figure 9A;
- la figure 10A représente une vue en coupe verticça-
le d'un capuchon d'extrémité fixé à chaque extrémité de l'or-
gane de retenue représenté sur la figure 9; - la figure 10B représente une vue en élévation de face du capuchon d'extrémité représenté sur la figure 10C;
- la figure 11 représente une illustration de l'en-
semble de l'organe de retenue et du capuchon d'extrémité;
- la figure 12A représente une vue en coupe vertica-
le d'une bague extérieure du palier de support représenté sur la figure 1; - la figure 12B représente une vue en élévation de face de la bague extérieure du dispositif de la figure 12A;
- la figure 13A représente une vue en coupe vertica-
le de la bague extérieure d'un autre palier de support; - la figure 13B représente une vue en élévation de face de la bague extérieure représentée sur la figure 13A; et
* - la figure 14, dont il a déjà été fait mention, re-
présente une vue en coupe verticale d'une cannelure classique
de circulation de billes, du type radial.
On va décrire une forme de réalisation de la présen-
te invention en se référant aux dessins annexés.
Les figures 1 à 13 représentent une forme de réali-
sation du dispositif de guidage conforme à la présente inven- tion et servant à guider un objet qui exécute un déplacement composite.
Un dispositif de guidage 1 comporte dans son en-
semble une unité 5 de guidage pour l'exécution d'un dépla-
cement composite, comprenant un arbre 2, un écrou 3 à circu-
lation de billes et un manchon extérieur cannelé 4 de circu-
lation de billes, qui sont montés sur l'arbre 2, un logement qui supporte l'écrou 3 et le manchon extérieur cannelé 4 au moyen de couples respectifs de paliers de support 6,7 et
8,9, et des poulies 11,12 utilisées comme éléments de trans-
mission mécanique pour l'entraînement de l'écrou 3 et du man-
chon extérieur cannelé 4.
En se référant tout d'abord à l'unité 5 de guidage
pour l'exécution d'un déplacement composite, l'arbre 12 pos-
sède un seul élément d'arbre 21, dans la surface périphérique
extérieure duquel se trouvent ménagées des gorges hélicolda-
les 22 de circulation de billes et une pluralité de gorges 23de circulation de billes en forme de cannelures
qui s'étendent dans la direction axiale de sorte que les gor-
ges 22 et les gorges 23 se croisent et se chevauchent, comme cela est mieux visible sur les figures 5A et 5B. L'élément d'arbre 21 est une tige creuse possédant un profil circulaire,
de sorte que son poids et par conséquent l'influence de l'iner-
tie au moment du démarrage et de l'arrêt sont réduits, bien que l'élément d'arbre 21 puisse être formé d'une tige pleine possédant une section transversale circulaire. Dans la forme
de réalisation décrite, les gorges hélicoïdales 22 de circu-
lation des billes sont réalisées sous la forme d'un filetage hélicoïdal double possédant un pas relativement important, ce qui permet d'accroître la capacité de support de charge
tout en obtenant une vitesse élevée d'avance. Dans cette for-
me de réalisation, la gorge 23 de circulation de billes pos-
sède une configuration du type en arche gothique, lorsqu'on la regarde selon une vue en coupe transversale. Il est prévu plusieurs gorges 23 de circulation de billes, en forme de cannelures. Par conséquent une pluralité de gorges 23 de
circulation de billes en forme de cannelures à sa-
voir six gorges dans la forme de réalisation représentée, sont
disposées dans la direction circonférentielle de l'arbre 2.
De façon spécifique ces gorges 23 sont disposées en étant re-
groupées en trois couples, les gorges 23 de chaque couple étant disposées symétriquement par rapport à chacune de trois droites radiales imaginaires L1,L2 et L3 s'étendant sous la forme de rayons à partir du centre O de l'arbre de manière à diviser la section transversale de l'arbre en trois régions
en forme de secteurs possédant des surfaces identiques. Cha-
que gorge 23 a la forme d'un arc circulaire possédant une
section transversale courbe.
L'écrou 3 du dispositif de guidage pour l'exécution
d'un déplacement cylindrique est une unité sensiblement cylin-
drique constituée principalement par un élément 31 et des ca-
puchons d'extrémité 32,32 fixés aux deux extrémités axiales
de l'élément 31del'écrou. L'élément 31 comporte, dans sa sur-
face périphérique intérieure, un couple de gorges hélicoida-
les 33 de circulation de billes, correspondant aux gorges hé-
licoldales de circulation de billes ménagées dans l'arbre.
L'élément 31 de l'écrou comporte des perçages 34 de recircu-
lation des billes, dans lesquels une multiplicité de billes B1, par l'intermédiaire desquelles l'élément 31 de l'écrou
est supporté par l'arbre 2, sont entraînées en recirculation.
Chaque capuchon d'extrémité 32 comporte des gorges 35 de ren-
voi des billes qui servent à diriger les billes B1 depuis les
passages ménagés entre la gorge 22,33 de circulation des bil-
les, que comportentl'arbre 2 et l'écrou 3, dans les perçages 34 de'recirculation des billes et vice versa. Par conséquent deux passages de circulation de billes sont formés par les passages formés entre les gorges 22,33 de circulation de billes, que comportent l'arbre 2 et l'écrou 3, les gorges de renvoi des billes et les perçages 34 de recirculation des billes. Une multiplicité de billes constituées sous la
forme d'un train de billes circulent le long du passage res-
pectif de circulation des billes.
Les billes B1 situées entre l'écrou 3 et l'arbre 2
sont précontraintes axialement. Bien que la précontrainte puis-
se être appliquée de différentes manières, la forme de réali-
sation décrite utilise des moyens de précontrainte tels que, comme représenté schématiquement sur la figure 3, le pas des gorges hélicoïdales 33 ménagées dans l'écrou ainsi que le pas des gorges ménagées dans l'arbre 2 varientlégèrement dans la direction de l'axe. De façon plus précise, en se référant & la figure 3, les pas P1,P2 (P1 peut être égal à P2) des gorges 33 dans la partie, médiane du point de vue axial, de l'écrou
sont supérieurs aux pas P3,P4 (P3 peut être égal à P4) des mê-
mes gorges au niveau d'autres parties axiales, de sorte que les conditions suivantes sont satisfaites:P 2 P1,P2 = P3+o et P1,P2 = P4+O. Par conséquent les billes chargées Bll situées sur le côté gauche de la partie, médiane du point de vue axial, de la gorge 3 sont repoussées vers la gauche, tandis que les
billes chargées B12, situées sur le côté droit de ladite par-
tie médiane du point de vue axial, sont repoussées vers la
droite, ce qui a pour effet que ces billes sont précontrain-
tesaxialenent. Envariantel'agencement peut être tel que les pas P1,P2 sont choisis de manière à être inférieurs aux pas P3,P4 de manière à satisfaire aux conditions P1,P2=P3- det P1,P2 =
P4- o, ce qui provoque l'application d'une précontrainte, di-
rigée axialement vers l'intérieur, des billes Bll contraintes à partir de la gauche et des billes B12, contraintes à partir
de la droite.
La précontrainte peut être également appliquée con-
formément à d'autres procédés, comme par exemple au moyen de l'utilisation d'une structure à deux écrous, qui utilise une
entretoise placéeentre un couple d'écrous.
Le manchon extérieur cannelé 4 possède un élément cylindrique, dont la surface périphérique intérieure comporte six gorges axiales 41 decirculation des billes, qui corres- pondent aux gorges 23 de circulation de billes en forme de cannelures ménagées dans la surface périphérique extérieure de l'arbre 2. Une multiplicité de billes B2 sont disposées entre les gorges 41 de roulement des billes, que comporte le manchon 4, et les gorges 23 de circulation de billes en forme de cannelures dans l'arbre 2. Un organe 42 de retenue des billes, conçu pour guider et retenir les
billes B2, est logé dans l'alésage du manchon extérieur can-
nelé 4. Les billes B2 sont précontraintes dans la direction
voisine du sens de rotation.
De façon plus spécifique, le manchon extérieur can-
nelé 4 comporte, sur sa surface périphérique intérieure, trois
parties saillantes 43, qui s'étendent axialement et sont diri-
gées radialement vers l'intérieur et sont équidistantes dans
la direction circonférentielle. Un couple de gorges 41 de cir-
culation de billes, qui correspondent aux gorges 23 de circu-
lation de billes en forme de cannelures, sont ménagées
dans chacune de ces parties saillantes qui s'étendent axiale-
ment. On va décrire le mécanisme de précontrainte en se réfé-
rant à la figure 4, qui illustre le principe de la précon-
trainte produite par chacune des parties saillantes 43. Cha-
que partie saillante 43 comporte un renfoncement 43a ménagé
dans la surface d'extrémité, intérieure du point de vue ra-
dial, de cette partie saillante. Un couple de gorges 41 de
circulation des billes sont ménagées dans les extrémités cir-
conférentielles opposées du renfoncement 43a. Ces gorges 41
de circulation des billes coopèrent avec les gorges 23 de cir-
culation de billes en forme de cannelures, en enser-
rant entre elles les billes B1,B2, ce qui a pour effet que les billes B2 sont précontraintes sensiblementdanslesdirections
de rotation, ce qui élimine tout jeu ou course à vide angu-
laire important dansle sensde la rotation. On voit également que chaque bille B2 est soutenue dans une direction définie par une droite passant par les points au niveau desquels la bille B2 contacte les surfaces des gorges, cette droite fai- sant un angle prédéterminé f par rapport à la droite radiale
partant du centre de l'arbre. De préférence cet angle, dési-
gné sous le terme de "angle de contact", est choisi égal
à environ 45 .
La précontrainte des billes B2 peut être réalisée à
l'aide d'autres moyens appropriés, pourvu qu'ils puissent ap-
pliquer une précontrainte aux billes B2 dans une direction
voisine des direction de rotation.
L'organe de retenue 42 est constitué par un élément cylindrique à paroi mince possédant une pluralité de fentes 44 alignées radialement avec les gorges 41 de circulation des
billes, de manière à pouvoir guider les billes chargées. L'or-
gane de retenue 42 possède également trois nervures 45 diri-
gées radialement vers l'extérieur et aptes à s'engager dans les parties en renfoncement situées entre les trois parties saillantes, intérieures du point de vue radial, du manchon extérieur cannelé 4. Les nervures 45 sont dimensionnées de
manière que leurs extrémités, extérieures du point de vue ra-
dial s'adaptent dans les fonds des parties en renfoncement
mentionnées précédemment. Chaque nervure 45 comporte des gor-
ges 46 de recirculation des billes, le long desquelles les billessontmisesenrecirculation. Un capuchon d'extrémité 48 est
soudé à chaque extrémité axiale de l'organe de retenue 42.
Le capuchon d'extrémité 48 comporte des gorges 47 de renvoi des billes, au moyen desquelles les billes chargées B2, quiont été guidées le long des fentes 44, sont introduites dans les
passages formés par les gorges de recirculation des billes.
Le logement 10, dans lequel l'unité 5 de guidage pour l'exécution d'un déplacement composite est montée, comporte
un perçage 13 servant à receNoir l'arbre 2. La surface péri-
phérique intérieure du logement 10 définissant le perçage 13 - porte, avec possibilité de rotation, l'écrou à billes 3 et le manchon extérieur cannelé 4 de l'unité de guidage 5, au
moyen de roulements à billes respectifs 6 à 9. L'écrou à bil-
les 3 et le manchon extérieur cannelé 4 sont situés dans des positions réciproques aussi rapprochées que possible dans la
direction axiale, de manière à réduire les dimensions de l'en-
semble du dispositif. On comprendra également que le manchon extérieur cannelé 4 possède un diamètreextérieurégalàcelui de l'écrou 3, de sorte que le perçage 13 ménagé dans le logement
est réalisé sous la forme d'un perçage rectiligne ne com-
portant aucune partie étagée. Cet agencement permet à l'écrou 3 et au manchon extérieur cannelé 4 d'être centrés de façon automatique au cours du montage. Ceci permet par conséquent de garantir un mouvement uniforme de l'arbre 2 à la fois dans
la direction axiale et en rotation.
L'écrou à billes 3 est supporté dans le logement 10 par un couple de paliers de support 6,7, qui sont disposés sur la surface périphérique extérieure de l'élément 31 de l'écrou, au niveau des deux parties d'extrémité axiale de ce dernier. De façon plus spécifique, les surfaces 61,71 de circulation des billes B6,B7 des paliers 6,7 sont formées dans les parties d'extrémité axiales de la surface périphérique extérieure de l'élément 31 de l'écrou, tandis que les bagues extérieures 62,72 des paliers 6,7 s'adaptent dans le perçage 13 du logement 10. La bague extérieure 62 du palier 6, qui
est située sur le c6té extérieur du point de vue axial, com-
porte une bride de montage qui fait saillie axialement vers
l'extérieur et est fixée par des boulons 14 à la surface d'ex-
trémité voisine du logement 10.
Par conséquent des paliers de support 6,7 sont agen-
cés sous la forme de paliers à contact angulaire, dans les-
quels les billes B6,B7 des paliers 6,7 sont en contact avec les surfaces 62a,72a de roulement des billes, présentes dans la bague extérieure, et avec les surfaces 61,71 de roulement des billes, présentes sur l'élément 31 de l'écrou, de sorte que les droites reliant les points de contact sont inclinées par rapport à des droites radiales. Par conséquent les paliers
6,7 sont disposés selon une disposition dos-à-dos, et utili-
sent l'élément 31 de l'écrou en tant que bague intérieure, ce qui supprime la nécessité de prévoir des éléments séparés formant bagues intérieures. Cependant l'agencement décrit pour
supporter l'écrou à billes 3 est uniquement donné à titre d'il-
lustration, et le soutien peut être fourni par des paliers
radiaux ou des paliers qui sont disposés en vis-à-vis.
Les billes B6,B7 des paliers de support 6,7 sont pré-
contraintes. La précontrainte est obtenue dans cette forme de réalisation au moyen d'une entretoise 15 qui est disposée entre les bagues extérieures 62 et 72 des paliers 6 et 7. Il
est possible de régler le niveau de la précontrainte en uti-
lisant au choix des entretoises possédant des longueurs axia-
les différentes. On peut utiliser d'autres procédés de pré-
contrainte pour réaliser l'entretoise 15 au moyen d'un élé-
ment piézoélectrique de manière à permettre la commande de
la longueur axiale de l'entretoise ou bien d'utiliser des mo-
yens hydrauliques fournissant des forces pouvant être comman-
dées et servant à écarter l'une de l'autre les deux pistes extérieures.
Le manchon extérieur cannelé 4 est également suppor-
té dans le logement 10 par l'intermédiaire d'un couple de pa-
liers de support 8,9 du type à contact angulaire, disposés dans une disposition dos-à-dos. Les paliers de support 8,9 comportent des surfaces 82a,92a de roulement des billes, le long desquelleles billes B8,B9 des paliers 8,9 roulent, et des bagues extérieures 82,92, qui s'insèrent dans le perçage 13 du logement 10. La bague extérieure 92 du palier 9, qui est
disposée sur la face extérieure, du point de vue axial, com-
porte une bride de montage 93 qui fait saillie radialement vers l'extérieur et est fixée par des boulons à la surface
d'extrémité du logement 12, à l'opposé de l'écrou 3.
Comme dans le cas de l'écrou à billes 3, une entre-
toise 16 prévue entre les bagues extérieures 82,92 des pa-
liers de support 8,9 sert précontraindre les billes B8,
B9 de ces paliers.
Dans la forme de réalisation décrite, l'écrou 3 et
le manchon extérieur cannelé 4 sont entraînés par des cour-
roies qui circulent sur une poulie 11 d'entraînement de l'écrou
et sur une poulie 12 d'entraînement du manchon, qui sont fi-
xées respectivement sur les surfaces d'extrémité de l'écrou
3 et du manchon extérieur cannelé 4 de manière à servir d'or-
ganes de transmission mécanique. De façon plus spécifique,
la poulie 11 d'entraînement de l'écrou possède une forme an-
nulaire et est fixée à une surface d'extrémité de l'écrou 3 par l'intermédiaire des boulons 17. Le diamètre extérieur de la poulie est sensiblement identique à celui de la bride de montage 63 du palier de support 6. L'extrémité périphérique intérieure du palier 11 est disposée à proximité immédiate
de la surface de l'arbre 2. D'autre part la poulie 12 d'en-
traînement du manchon est également un élément de forme annu-
laire fixé à une surface d'extrémité du manchon extérieur 4
au moyen des boulons 14. La poulie 12 possède un diamètre ex-
térieur sensiblement égal à celui de la bride de montage 93, c'est-à-dire égal à celui de la poulie 11 d'entraînement de l'écrou. e Bien que l'on puisse utiliser différents types de
courroies de transmission, l'utilisation de courroies cran-
tées est préférable du point de vue de l'obtention d'une com-
mande précise de l'avance. Naturellement l'utilisation de cour-
roies en tant que moyens de transmission mécanique n'est pas
exclusive et l'invention peut être parfaitement mise en oeu-
vre moyennant l'utilisation de systèmes d'entraînement du ty-
pe à chaîne ou à pignons. Dans de tels cas, les poulies sont remplacées par des roues à picots ou des pignons, en fonction
du système d'entraînement choisi.
Le dispositif 1 de guidage pour l'exécution d'un dé-
placement composite, possédant la constitution décrite, est utilisé par exemple dans un robot en étant fixé, au niveau de son logement 10, sur un organe de montage 19 situé sur le
corps du robot, par l'intermédiaire de boulons 20. En fonc-
tionnement, la poulie 11 d'entraînement de l'écrou à billes et la poulie 12 d'entraînement du manchon extérieur cannelé sont entraînées d'une manière sélective de sorte que l'une ou l'autre de Ces poulies ou ces deux poulies tournent, ce qui amène l'arbre 2 à exécuter un mouvement de rotation, un
déplacement axial de va-et-vient ou un déplacement composite in-
cluant une rotation et un déplacement axial.
Les billes B1 situées entre les gorges 22 et 33 de circulation des billes ménagées dans l'arbre 2 et dans l'écrou 3, sont précontraintes dans la direction axiale. En outre les
billes B6,B7 des paliers de support du type à contact angulai-
re servant à supporter l'écrou 3 sont également précontrain-
tes dans la direction axiale. Par conséquent les billes B1,B6 et B7 ne sont jamais déformées élastiquement par la force
d'inertie même lorsque l'arbre 2 est arrêté brusquement pen-
dant un déplacement axial, ce qui empêche tout mouvement vibratoire. A son tour ceci garantit que le retard de phase à l'instant de démarrage du dispositif est supprimé, tandis que la précision du positionnement axial est améliorée. En outre la vibration axiale de l'arbre 2 par rapport au logement 10
peut être évitée étant donné que le jeu axial est supprimé.
A son tour ceci supprime tout glissement vibratoire des bil-
les dans le manchon extérieur cannelé 4, qui est monté dans le même logement 10, ce qui permet d'empêcher l'apparition d'une corrosion, due à un frottement répété, des surfaces de
roulements des billes.
Tout jeu de l'arbre 2 dans le sens de rotation est
également totalement éliminé étant donné que les billes B2 in-
tercalées entre le manchon extérieur cannelé 4 et l'arbre 2 sont précontraintes dans le sens de rotation. Ceci permet par
conséquent de supprimer tout retard de phase au moment du dé-
marrage du dispositif et d'améliorer la précision de position dans le sens de la rotation. En outre la très légère vibration de rotation de l'arbre 2.est supprimée, ce qui élimine toute corrosion de l'écrou 3, produite par un frottement répété et
imputable au jeu en rotation du manchon extérieur cannelé 4.-
Le jeu ou course à vide radiale du manchon extérieur
cannelé 4 peut être totalement éliminé dans le cas o les bil-
les B8,B9 des paliers de support 8,9 en forme de roulements
à billes situés sur le manchon extérieur cannelé 4 sont dis-
posées de manière à présenter un contact angulaire et sont
précontraintes de manière appropriée. Par conséquent l'oscil-
lation de l'arbre 2 est empêchée, ce qui supprime l'applica-
tion, à l'écrou, d'un quelconque moment qui, sinon, pourrait être produit par l'oscillation de l'arbre 2. A son tour ceci garantit que les billes B1 situées sur les deux extrémités axiales de l'écrou 3 ne sont jamais soumises à une surcharge, ce qui permet un fonctionnement uniforme des billes B1 pendant
une longue durée.
Le jeu radial du manchon extérieur cannelé 4 permet
également à l'arbre 2 de vibrer, ce qui provoque une corro-
sion de l'écrou 3 sous l'effet d'un frottement répété. Con-
formément à l'invention, il est possible de supprimer cet ef-
fet indésirable.
On comprendra également que la suppression des pis-
tes intérieures des paliers de support 6 à 9 contribue à ré-
duire le nombre des pièces et par conséquent les dimensions
de l'ensemble du dispositif. La réduction du nombre des piè-
ces réduit d'une manière correspondante toute erreur pouvant
apparaître lors du montage.
La présente invention fournit les avantages indiqués
ci-après, en raison de sa constitution et de son fonctionne-
ment, décrits précédemment.
Tout d'abord on notera que l'on obtient des niveaux supérieurs de rigidité à la fois dans les directions axiales et dans les sens de rotation, grâce à la précontrainte des billes situées entre l'écrou et l'arbre et à la précontrainte des billes des paliers de support du type à contact angulaire, supportant l'écrou, ainsi que grâce à la précontrainte des billes situées entre le manchon extérieur cannelé et l'arbre, dans le sens de rotation. Par conséquent le jeu ou la course à vide de l'arbre est éliminé à la fois dans la direction
axiale. et dans la direction de la rotation, ce qui garantit une ca-
ractéristique de réponse améliorée et une précision de posi-
tionnement améliorée.
La suppression du jeu du manchon extérieur cannelé dans le sens de la rotation empêche l'apparition, au niveau de l'écrou, d'une corrosion due à un frottement répété et qui, sinon, pourrait être produite par une vibration de l'arbre
apparaissant lorsqu'on arrête l'arbre. En outre la suppres-
sion du jeu axial ou de la course à vide de l'écrou empêche d'une manière efficace l'apparition de la corrosion, due à un frottement répété, du manchon extérieur cannelé, ce qui
garantit un fonctionnement uniforme du dispositif de guidage.
On notera également que l'utilisation de paliers de support précontraint, du type à contact angulaire, pour
le soutien du manchon extérieur cannelé supprime le jeu ra-
dial de ce dernier, ce qui empêche une oscillation de l'arbre et par conséquent une surcharge des billes dans l'écrou, due
à l'apparition d'un moment d'une force sous l'effet de l'os-
cillation de l'arbre, ainsi que la corrosion, produite sous
l'effet d'un frottement répété, des billes situées dans l'écrou.
En outre l'écrou et le manchon extérieur cannelé sont
soutenus avec un degré élevé de rigidité étant donné que cha-
cun d'eux est soutenu par un couple de paliers précontraints du type à contact angulaire, ce qui accroît la capacité des paliers à supporter une charge, à la fois dans la direction axiale et dans la direction radiale, ainsi que vis-à-vis
d'une charge produite par un moment.
Conformément à l'invention il est par conséquent pos-
sible d'obtenir un dispositif de guidage pour l'exécution d'un
déplacement composite possédant une grande souplesse d'adap-
tation.
Claims (4)
1. Dispositif de guidage pour l'exécution d'un dépla-
cement composite, du type comprenant un seul arbre (2) com-
portant une gorge hélicoïdale (22) de circulation de billes et une gorge (23) de circulation de billes en forme de
cannelure, dans la surface périphérique extérieure de l'ar-
bre de telle sorte que ces gorges se chevauchent, un écrou (3) monté sur ledit arbre (2) moyennant l'interposition d'un certain nombre de billes (B1), un manchon extérieur cannelé
(4) monté sur ledit arbre moyennant l'interposition d'un cer-
tain nombre de billes (B2), un logement (10), dans lequel le-
dit écrou (3) et ledit manchon extérieur cannelé (4) sont mon-
tés de manière à pouvoir tourner, grâce à des couples respec-
tifs de paliers de support (6,7;8,9) contenant un certain nom-
bre de billes (B6,B7;B8,B9), et des organes de transmission mécanique (11, 12), au moyen desquels ledit écrou (3) et ledit manchon extérieur cannelé (4) sont entraînés d'une manière indépendante, caractérisé en ce que les billes (B1) intercalées entre ledit écrou (3) et ledit arbre (2) sont précontraintes dans la direction axiale de l'écrou et de l'arbre, aue des billes (B6,B7) incorporées dans lesdits paliers de support (6,7) servant à supporter ledit écrou (3) sont précontraintes,
et que les billes (B2) intercalées entre ledit manchon exté-
rieur cannelé (4) et ledit arbre (2) sont précontraintes sen-
siblement dans leur sens de rotation.
2. Dispositif de guidage pour l'exécution d'un dépla-
cement composite selon la revendication 1, caractérisé en ce
que la précontrainte appliquée aux billes (B1) intercalées en-
tre ledit écrou (3) et ledit arbre (2) est produite par une différence entre les pas d'une gorge (33) de roulement des billes, ménagée dans le pourtour intérieur dudit écrou (3), et les pas de la gorge hélicoïdale (22) de circulation des
billes, ménagée dans l'arbre (2).
3. Dispositif de guidage pour l'exécution d'un dé-
placement composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les billes (B6,B7;B8,B9) situées dans lesdits paliers de support (6,7;8,9) sont précontraintes par une entretoise (15;16) disposée entre les bagues extérieures de roulement
(62,72;82,92) des paliers de support appariés (6,7;8,9).
4. Dispositif de guidage pour l'exécution d'un dépla- cement composite selon la revendication 1, caractérisé en ce
que la précontrainte appliquée aux billes (B2) intercalées en-
tre ledit manchon extérieur cannelé (4) et ledit arbre (2)
est produite en des emplacements de la gorge (23) de circula-
tion de billes en forme de cannelure ménagée dans l'ar-
bre (2), et de la gorge (41) de roulement de billes ménagée dans un coin d'une partie en renfoncement (43a) ménagée dans une partie saillante (43) du pourtour intérieur du manchon
extérieur cannelé (4).
5. Dispositif de guidage pour l'exécution d'un dépla-
cement composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits paliers de support (6,7) servant à supporter l'écrou (3) sont réalisés sous la forme de paliers du type
à contact angulaire.
6. Dispositif de guidage pour l'exécution d'un dépla-
cement composite selon la revendication 1, caractérisé en ce
que lesdits paliers de support (8,9) servant à supporter le-
dit manchon extérieur cannelé (4) sont du type à contact an-
gulaire, dans lequel les billes sont précontraintes.
7. Dispositif de-guidage pour l'exécution d'un dépla-
cement composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits paliers de support (6,7;8,9) servant à supporter
ledit écrou (3) et ledit manchon extérieur cannelé (4) com-
portent des pistes intérieures de roulement (61,71;81,91) cons-
tituées par des surfaces dudit écrou (3) et dudit manchon ex-
térieur cannelé (4), des pistes extérieures de roulement (62a, 72a;82a, 92a) fixes ménagées dans ledit logement (10), et des billes (B6,B7;B8,B9) qui roulent dans un interstice ménagé
entre lesdites pistes intérieures et extérieures de roulement.
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PL. XI/11
262817C
FIG.13A FIG. 13B
72(82)
72a(82a)
FI'.1472
FIG.14
Sa1
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63052460A JPH079260B2 (ja) | 1988-03-05 | 1988-03-05 | 複合運動案内装置 |
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